Dissertations / Theses: 'Dispersion atmosphérique'

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Bekhouche, Samira. "Étude de la dispersion de scalaires passifs : couplage de la GILTT avec des modèles de dispersion latérale." Paris 12, 2007. http://www.theses.fr/2007PA120059.

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Abstract:

Le travail présenté dans cette thèse traîte de la dispersion de scalaires passifs par vents faibles à modérés. Il a pour objet d’évaluer l’apport des modèles de dispersion semi-analytiques apparus récemment (Moreira et al. , 2005a), pour la caractérisation de la dispersion atmosphérique. Deux approches sont considérées dans ce travail : a) la comparaison de ces modèles semi analytiques à d’autres modèles analytiques dédiés à la caractérisation de la dispersion par vents faibles à modérés, b) le couplage de ces modèles avec des profils de dispersion latérale dans le but de reconstruire des maximums de concentration des panaches. Lors de la comparaison, le modèle semi analytique dérivé de la GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) muni des paramétrisations de la diffusivité turbulente et du profil de vent, est confronté à deux modèles analytiques : le modèle gaussien et le modèle de faibles vents de l’IIT (Indian Institute of Technology) de Delhi. Au cours de cette évaluation, il apparaît que l’efficacité des modèles semi-analytiques est comparable à celles des modèles développés à l’IIT destinés à la caractérisation de la dispersion par faibles vents. La justification du couplage du modèle semianalytique avec des schémas de dispersion latérale repose, en partie, sur ses qualités intrinsèques, notamment le fait qu’une solution exacte de l’équation intégrée de transport-diffusion est obtenue par les méthodes dérivées de la GILTT, contrairement aux démarches conduisant à l’élaboration de modèles analytiques. Cette démarche est nouvelle et ouvre de nouvelles perspectives à l’utilisation de ce type de modèle. Plusieurs tests de couplages ont été conduits pour des expériences de dispersion atmosphérique par faibles vents provenant des bases de données du " Model Validation Tools Kits " et de l’EPA This work presents the thesis that dedicates to the problem of the dispersion of the pollutants in low and moderate winds. The aim is to evaluate the contribution of the semi-analytical models that appears recently (Moreira et al. , 2005a) for the characterization of atmospheric dispersion. Two approaches described in this work relates to the following : a) the comparison of the analytical semi models to other analytical models dedicate to the characterization of dispersion in low and moderate winds. B) the combining semi-analytical models with their profiles of crosswind dispersion in order to rebuild the plumes maximal concentration. During the comparison the semi analytical model derives from the GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technical) with parameterizations of the vertical turbulent diffusivity and the wind profile is confronted to two analytical models : the Gaussian model and the model of low winds of IIT (Indian Institute of Technology) of Delhi. During this evaluation it appears that the effectiveness of the semi-analytical models is comparable to the developed models of IIT intended for the characterization of dispersion in low winds conditions. This procedure is new and opened for new perspectives of the usage of this model type. Several tests of this new approach have been done in low winds conditions using the data bases of "Model Validation Tools Kits" and of EPA. It appears that this combining is an alternative of the characterization of atmospheric dispersion in low and moderate winds conditions

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Ionescu, Anda. "Contribution à la compréhension de la dispersion des polluants atmosphériques en zone urbaine." Paris 12, 1998. http://www.theses.fr/1998PA120059.

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Abstract:

Cette etude concerne une analyse spatio-temporelle de la dispersion des polluants atmospheriques en zone urbaine. Les outils d'analyse developpes ont ete appliques aux concentrations horaires de so#2 et de no#2 mesurees par airparif sur la periode 93-97. L'analyse temporelle a mis en evidence le caractere non-homogene de la distribution spatiale de la pollution et l'influence des activites humaines. Pour le calcul des champs de concentrations de polluants, une methode d'interpolation basee sur les fonctions spline plaque mince a ete developpee. La methode a ete validee pour le cas d'airparif ; la qualite de l'interpolation depend de la densite et de la distribution spatiale des stations. La cartographie des champs de concentration confirme leur caractere non-homogene, plus accentue pendant les periodes de forte pollution et ouvre des perspectives pour l'optimisation des reseaux. L'analyse d'un grand nombre de distributions spatiales etant difficile, on a procede a la classification des champs de concentration, afin de resumer toutes ces informations par un nombre limite de typologies. Cette classification, appliquee aux episodes de pollution, a permis de caracteriser chaque repartition spatiale par une typologie et une moyenne. L'analyse des typologies montre la correspondance entre zones fortement polluees et zones industrielles. La distribution de la pollution depend aussi fortement des vents. Pour une meilleure comprehension de la dispersion pendant les episodes de pollution, on a procede a une analyse statistique descriptive, qui a permis d'identifier des parametres meteorologiques favorisant l'accumulation des polluants. Finalement, cette analyse permet de definir les entrees-sorties d'un modele boite noire, reliant une typologie de la pollution et sa moyenne a l'instant t+1 aux memes parametres aux instants anterieurs et a la situation meteorologique a l'instant t. Cette demarche, basee sur une approche reseau de neurones, ouvre de nouvelles perspectives de recherche.

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Isnard, Olivier. "Dispersion atmosphérique en présence de groupes d'obstacles." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1999. http://www.theses.fr/1999ECDL0013.

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Abstract:

L'intérêt d'une recherche sur la modélisation de scénari de pollution en milieu urbain pose le problème d'une représentation réaliste de la géométrie retenue. Un des paradoxes actuels dans ce domaine est que les Systèmes d'Information Géographiques (SIG) fournissent une description précise de la tapographie d'un site mais que les détails, trop nombreux, ne peuvent être efficacement incorpore��s au sein des modèles. Il faut donc développer des approches simplifiées de la réalité pour exploiter astucieusement ces données. Ce travail s'inscrit dans cette optique. A l'heure actuelle, il subsiste des insuffisances concernant la modélisation des échelles intermédiaires situées entre l'échelle globale de l'agglomération et celle, locale de la rue. Dans ce travail nous considérerons principalement cette échelle (de l'ordre du quartier). Ainsi une zone urbaine peut apparaître comme un groupe d'obstacles. Les objectifs de cette étude sont de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux qui gouvernent l'écoulement et la dispersion en fonction des différents paramêtres définissant un groupe d'obstacles. En particulier nous considérons l'influence de la tapologie (organisation géométrique), de la porosité (distance de séparation entre les obstacles), de la taille des obstacles et de la taille caractéristique du groupe. Nous avons utilisé pour cette étude trois méthodes. Premièrement, une approche expérimentale réalisée en soufflerie où le champ de vitesse a été mesuré à l'aide d'une technique LDA tridimensionnelle et le champ de concentration à l'aide d'un FID. Deuxièmement une approche numérique effectuée à l'aide d'un code de calcul tridimensionnel existant (MERCURE, développé par EDF). Et un modèle simplifié de l'écoulement et de la dispersion en présence d'obstacles, basé sur le concept d'un écoulement potentiel. Nous analyserons en détail les résultats obtenus par ces différentes approches et expliquerons les mécanismes prépondérants présents dans la dispersion à travers un groupe d'obstacles Much research has been devoted to modelling mesoscale atmospheric boundary layer flows and flows at the scale of individual streets, but much less attention has been focussed on flow and dispersion at intermediate scales, such as small town or a large suburban area. An important problem in the computational modelling of such flows is the representation of the urban surface layer. At typical scales used in such calculations, it is not feasible to model individual buildings, but neither is it possible to represent the effects of the buildings by a simple change in roughness length. Geographical information Systems now provide us with a highly detailed description of the urban topography, but, paradoxically, these descriptions are too detailed to be used directly. The challenge is therefore to find ways to simplify the data, so that they can be used in pratical calculations of flow and dispersion in urban areas. This is the objective of the research presented here. In order to develop simple parametrisations for the influence of a group of buildings on flow and dispersion in the urban canopy, we need first to identify and underrstand the major processus. In particular, we need to understand how parameters such as the geometrical organisation, the obstacles, the spacing between them, their size and the overall extent of the group interact to influence the flow and the dispersion. We have use three different approaches to investigate this. Firstly, experiments were performed in an atmospheric wind tunnel, for several different configurations of obstacles. Fluid velocities were measured using LDV, and gas concentrations were measured using FID. Secondly, three dimensional calculations have been performed using the atmospheric dispersion code MERCURE initially developed by EDF. Finally a simplified model for flow and dispersion within a group of obstacles was developed based on a potential flow approach. These three methods have been used to investigate and explain some of the fundamental processus involved in flow and dispersion through groups of obstacles

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Soulhac, Lionel. "Modélisation de la dispersion atmosphérique à l'intérieur de la canopée urbaine." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2000. http://www.theses.fr/2000ECDL0007.

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Abstract:

Afin d'évaluer les conséquences de la pollution atmosphérique sur la santé et l'environnement, les pouvoirs publics ont souvent besoin d'outils de modélisation fine, permettant d'appréhender l'impact d'un aménagement local, de prévoir les niveaux de concentration et d'informer la population. Le problème, posé par la simulation de la dispersion des polluants à l'échelle locale, est de parvenir à étudier beaucoup de scénarios en prenant en compte un très grand nombre de bâtiments complexes. Pour cela, il est souvent indispensable de développer des approches simplifiées, dans lesquelles seuls les phénomènes physiques prépondérants sont représentés. Dans cet esprit, la modélisation de la canopée urbaine s'appuie généralement sur la notion élémentaire de rue-canyon. Si ce sujet a fait l'objet de nombreuses études dans le passé, plusieurs interrogations subsistent encore concernant les phénomènes mis en jeu à l'intérieur d'une rue et les interactions entre plusieurs rues. Les objectifs de cette étude sont de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux qui régissent l'écoulement et la dispersion dans une rue et d'en proposer une représentation simplifiée à travers des modélisations opérationnelles. Pour cela, nous avons utilisé des techniques de modélisation numérique et expérimentale. L'approche numérique a été basée sur le code de calcul MERCURE (RANS, du type k-є), adapté à la simulation tridimensionnelle des écoulements atmosphériques. L'approche expérimentale a été mise en œuvre dans la soufflerie atmosphérique de l'École Centrale de Lyon. Les techniques de mesures utilisées (LDA, FID) ont permis de décrire avec précision les champs de vitesse et de concentration à l'échelle d'une rue. Afin d'évaluer l'influence de la géométrie de la rue (rapport d'aspect, dissymétrie) sur la dispersion par vent perpendiculaire, nous avons développé un modèle, basé sur une résolution analytique de l'équation d'advection-diffusion dans un écoulement potentiel. Les comparaisons avec les simulations numériques et expérimentales fournissent des résultats encourageants. Pour décrire le cas d'un vent d'orientation quelconque, nous proposons une décomposition de l'écoulement par rapport aux composantes longitudinales et transversales. Cette décomposition s'avère réaliste dans le cas d'une rue infinie, mais elle est mise en défaut pour une rue de longueur finie. Nous avons ensuite étudié et paramétré les échanges de matière au niveau des intersections en fonction de la géométrie des rues et de la direction du vent. Les résultats indiquent une interaction importante entre l'écoulement dans la rue et dans l'intersection. Enfin, nous avons proposé un modèle permettant d'étendre l'approche rue-canyon à la simulation d'un réseau de rues inter-connectées, afin de pouvoir étudier la dispersion des polluants à l'échelle d'un quartier. Une première application du modèle de dispersion dans un réseau de rues a été réalisée pour étudier la pollution dans un quartier de la ville de Lyon. Les comparaisons effectuées avec des mesures de terrain permettent de confirmer le bon comportement du modèle et illustrent les différentes potentialités de cette approche There are many practical situations in which it is necessary to evaluate the impact of urban air pollution on health and the environment. Often, this demands rather fine scale modelling of air flow and dispersion, at the scale of the street or the quartier. In such cases it is usually necessary to include the influence of a large number of irregularly-shaped buildings. This requires the development and application of simplified, practical models, which are based on the main underlying physical phenomena. One approach which is commonly used to estimate pollutant concentrations in an isolated street is the street canyon model. Although flow and dispersion in an isolated street have been the subject of many investigations in the past, and several practical models have been proposed for idealised configurations, many questions remain unanswered. The aims of this investigation are therefore to improve our understanding of the fundamental processes which govern flow and dispersion in a single street or a group of streets, and to develop simple, operational models for these situations. The research has been carried out using numerical and experimental techniques. Numerical simulations have been carried out using the three-dimensional atmospheric boundary layer code MERCURE (a RANS model with a k-є closure) and the experiments were performed in the atmospheric wind tunnel at the Ecole Centrale de Lyon. Fluid velocities and gas concentrations were measured using LDA and FID. Initially, we studied the influence of street geometry (aspect ratio, asymmetry) on flow and dispersion within the street, when the wind blows perpendicular to the street. We have developed a model for pollutant concentrations, based on a solution of the advection-diffusion equation in a potential flow. Next we studied the influence of the direction of the wind relative to the axis of the street, and we show that the problem can be decomposed into flow parallel and perpendicular to the street. In the third part of the study we investigated the influence of street geometry and wind direction on flow and dispersion at street intersections; we show that the flow within the streets plays an important role in determining the exchange of material within the intersection. Based on these results, we then develop a model which extends the street canyon concept to a network of connected streets. This makes it possible to study the atmospheric dispersion of pollutants at the scale of the quartier. All the models developed during this work have been compared with the results from numerical simulations and experiments, and the agreement is generally good. As a final test of the models, we have used them to simulate dispersion in part of the 6th arrondissement of Lyon; the calculated concentrations show surprisingly good agreement with concentrations measured by an atmospheric pollution monitor located there

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Ben, Salem Nabil. "Modélisation directe et inverse de la dispersion atmosphérique en milieux complexes." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2014. http://www.theses.fr/2014ECDL0023.

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Abstract:

La modélisation inverse de la dispersion atmosphérique consiste à reconstruire les caractéristiques d’une source (quantité de polluants rejetée, position) à partir de mesures de concentration dans l’air, en utilisant un modèle direct de dispersion et un algorithme d’inversion. Nous avons utilisé dans cette étude deux modèles directs de dispersion atmosphérique SIRANE (Soulhac, 2000; Soulhac et al., 2011) et SIRANERISK (Cierco et Soulhac, 2009a; Lamaison et al., 2011a, 2011b). Il s’agit de deux modèles opérationnels de « réseau des rues », basés sur le calcul du bilan de masse à différents niveaux du réseau. Leur concept permet de décrire correctement les différents phénomènes physiques de dispersion et de transport de la pollution atmosphérique dans des réseaux urbains complexes. L’étude de validation de ces deux modèles directs de dispersion a été effectuée après avoir évalué la fiabilité des paramétrages adoptés pour simuler les échanges verticaux entre la canopée et l'atmosphère, les transferts aux intersections de rues et la canalisation de l’écoulement à l’intérieur du réseau de rues. Pour cela, nous avons utilisé des mesures en soufflerie effectuées dans plusieurs configurations académiques. Nous avons développé au cours de cette thèse un système de modélisation inverse de dispersion atmosphérique (nommé ReWind) qui consiste à déterminer les caractéristiques d’une source de polluant (débit, position) à partir des concentrations mesurées, en résolvant numériquement le système matriciel linéaire qui relie le vecteur des débits au vecteur des concentrations. La fiabilité des résultats et l’optimisation des temps de calcul d’inversion sont assurées par le couplage de plusieurs méthodes mathématiques de résolution et d’optimisation, bien adaptées pour traiter le cas des problèmes mal posés. L’étude de sensibilité de cet algorithme d’inversion à certains paramètres d’entrée (comme les conditions météorologiques, les positions des récepteurs,…) a été effectuée en utilisant des observations synthétiques (fictives) fournies par le modèle direct de dispersion atmosphérique. La spécificité des travaux entrepris dans le cadre de ce travail a consisté à appliquer ReWind dans des configurations complexes de quartier urbain, et à utiliser toute la variabilité turbulente des mesures expérimentales obtenues en soufflerie pour qualifier ses performances à reconstruire les paramètres sources dans des conditions représentatives de situations de crise en milieu urbain ou industriel. L’application de l’approche inverse en utilisant des signaux instantanés de concentration mesurés en soufflerie plutôt que des valeurs moyennes, a montré que le modèle ReWind fournit des résultats d’inversion qui sont globalement satisfaisants et particulièrement encourageants en termes de reproduction de la quantité de masse totale de polluant rejetée dans l’atmosphère. Cependant, l’algorithme présente quelques difficultés pour estimer à la fois le débit et la position de la source dans certains cas. En effet, les résultats de l’inversion sont assez influencés par le critère de recherche (d’optimisation), le nombre de récepteurs impactés par le panache, la qualité des observations et la fiabilité du modèle direct de dispersion atmosphérique The aim of this study is to develop an inverse atmospheric dispersion model for crisis management in urban areas and industrial sites. The inverse modes allows for the reconstruction of the characteristics of a pollutant source (emission rate, position) from concentration measurements, by combining a direct dispersion model and an inversion algorithm, and assuming as known both site topography and meteorological conditions. The direct models used in these study, named SIRANE and SIRANERISK, are both operational "street network" models. These are based on the decomposition of the urban atmosphere into two sub-domains: the urban boundary layer and the urban canopy, represented as a series of interconnected boxes. Parametric laws govern the mass exchanges between the boxes under the assumption that the pollutant dispersion within the canopy can be fully simulated by modelling three main bulk transfer phenomena: channelling along street axes, transfers at street intersections and vertical exchange between a street canyon and the overlying atmosphere. The first part of this study is devoted to a detailed validation of these direct models in order to test the parameterisations implemented in them. This is achieved by comparing their outputs with wind tunnel experiments of the dispersion of steady and unsteady pollutant releases in idealised urban geometries. In the second part we use these models and experiments to test the performances of an inversion algorithm, named REWind. The specificity of this work is twofold. The first concerns the application of the inversion algorithm - using as input data instantaneous concentration signals registered at fixed receptors and not only time-averaged or ensemble averaged concentrations. - in urban like geometries, using an operational urban dispersion model as direct model. The application of the inverse approach by using instantaneous concentration signals rather than the averaged concentrations showed that the ReWind model generally provides reliable estimates of the total pollutant mass discharged at the source. However, the algorithm has some difficulties in estimating both emission rate and position of the source. We also show that the performances of the inversion algorithm are significantly influenced by the cost function used to the optimization, the number of receptors and the parameterizations adopted in the direct atmospheric dispersion model

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Rajaona, Harizo. "Inférence bayésienne adaptative pour la reconstruction de source en dispersion atmosphérique." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10120/document.

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Abstract:

En physique de l’atmosphère, la reconstruction d’une source polluante à partir des mesures de capteurs est une question importante. Elle permet en effet d’affiner les paramètres des modèles de dispersion servant à prévoir la propagation d’un panache de polluant, et donne aussi des informations aux primo-intervenants chargés d’assurer la sécurité des populations. Plusieurs méthodes existent pour estimer les paramètres de la source, mais leur application est coûteuse à cause de la complexité des modèles de dispersion. Toutefois, cette complexité est souvent nécessaire, surtout lorsqu’il s’agit de traiter des cas urbains où la présence d’obstacles et la météorologie instationnaire imposent un niveau de précision important. Il est aussi vital de tenir compte des différents facteurs d’incertitude, sur les observations et les estimations. Les travaux menés dans le cadre de cette thèse ont pour objectif de développer une méthodologie basée sur l’inférence bayésienne adaptative couplée aux méthodes de Monte Carlo pour résoudre le problème d’estimation du terme source. Pour cela, nous exposons d’abord le contexte scientifique du problème et établissons un état de l’art. Nous détaillons ensuite les formulations utilisées dans le cadre bayésien, plus particulièrement pour les algorithmes d’échantillonnage d’importance adaptatifs. Le troisième chapitre présente une application de l’algorithme AMIS dans un cadre expérimental, afin d’exposer la chaîne de calcul utilisée pour l’estimation de la source. Enfin, le quatrième chapitre se concentre sur une amélioration du traitement des calculs de dispersion, entraînant un gain important de temps de calcul à la fois en milieu rural et urbain In atmospheric physics, reconstructing a pollution source is a challenging but important question : it provides better input parameters to dispersion models, and gives useful information to first-responder teams in case of an accidental toxic release.Various methods already exist, but using them requires an important amount of computational resources, especially as the accuracy of the dispersion model increases. A minimal degree of precision for these models remains necessary, particularly in urban scenarios where the presence of obstacles and the unstationary meteorology have to be taken into account. One has also to account for all factors of uncertainty, from the observations and for the estimation. The topic of this thesis is the construction of a source term estimation method based on adaptive Bayesian inference and Monte Carlo methods. First, we describe the context of the problem and the existing methods. Next, we go into more details on the Bayesian formulation, focusing on adaptive importance sampling methods, especially on the AMIS algorithm. The third chapter presents an application of the AMIS to an experimental case study, and illustrates the mechanisms behind the estimation process that provides the source parameters’ posterior density. Finally, the fourth chapter underlines an improvement of how the dispersion computations can be processed, thus allowing a considerable gain in computation time, and giving room for using a more complex dispersion model on both rural and urban use cases

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Sadek, Radi. "Modélisation de l'écoulement atmosphérique à l'échelle hectométrique." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2013. http://www.theses.fr/2013ECDL0011/document.

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Abstract:

De nombreuses applications pratiques ou industrielles, telles que l’étude de la dispersion atmosphérique de polluants, la qualité de l’air, la micro-météorologie en terrain complexe et l’évaluation du potentiel éolien, nécessitent la prédiction précise de l’écoulement atmosphérique à une échelle dite locale (environ 10 km horizontalement). Le travail de recherche dans le cadre de cette thèse s’inscrit donc dans la proposition d’une chaine de méthodologies et de modélisations permettant de simuler l’écoulement atmosphérique à cette échelle, avec une résolution spatiale horizontale hectométrique. Tout d’abord, nous nous sommes intéressés à la modélisation de la turbulence dans la couche limite atmosphérique (CLA). Pour cela, nous avons choisi le modèle RANS k− ε (déjà largement utilisé dans la littérature), ainsi que le modèle RANS Ri j − ε afin de simuler l’anisotropie de la turbulence. Nous avons ainsi pu vérifier la nécessité d’utiliser les constantes de Duynkerke (1988) pour l’atteinte des niveaux de turbulence atmosphérique avec le modèle k− ε. Dans cette optique, nous avons également développé un nouveau jeu de constantes atmosphériques pour le modèle Ri j − ε. Finalement, nous avons proposé un modèle théorique capable de reproduire les caractéristiques turbulentes de l’écoulement pour n’importe quel temps d’intégration, permettant ainsi de trouver une continuité entre les constantes « standards » et les constantes « atmosphériques » des modèles de turbulence. D’autre part, nous avons développé l’approche de modélisation « CFD 1D-3D », qui consiste en l’utilisation d’un modèle CFD 1D afin de fournir les profils verticaux nécessaires pour forcer le code CFD 3D en données météorologiques (utilisé en topographie complexe). Le modèle 1D a été développé au cours de cette thèse avec les modèles de turbulence k− ε et Ri j− ε. Il a été validé grâce à une comparaison avec des résultats empiriques et théoriques issus de la littérature. Cette comparaison a montré des résultats très encourageants de ce modèle dans la simulation de la CLA en sol plat. De plus, la méthodologie « CFD 1D-3D » a été évaluée grâce à une comparaison avec des mesures en soufflerie en présence d’un relief complexe : les résultats sont globalement très satisfaisants. Ces comparaisons ont permis enfin de valider le nouveau jeu de constantes pour le modèle Ri j− ε. Finalement, nous nous sommes intéressés à l’utilisation de calculs CFD partiellement convergés comme moyen de réduction du temps CPU des codes CFD, dans des contextes d’utilisation opérationnelle. Dans cette optique, nous avons montré que l’on arrive à une solution dont l’erreur est faible par rapport à la solution convergée (< 10% d’erreur), avec un temps CPU de l’ordre de 5%−10% du temps nécessaire pour atteindre la convergence. C’est un résultat très intéressant car il permet de réduire considérablement le temps de calcul, tout en gardant une erreur faible devant l’incertitude générale de l’approche CFD Many practical and industrial applications, such as the study of atmospheric dispersion of pollutants, air quality,micro-meteorology in complex terrain and wind assessment, require accurate prediction of the atmospheric flow at a so-called local scale (approximately 10 km horizontally). Therefore, the main objective in this thesis is to propose a chain of methodologies capable of simulating the atmospheric flow at this scale, with a horizontal hectometric spatial resolution. First of all, we were interested in modeling of turbulence in the atmospheric boundary layer (ABL). In addition to the largely used RANS k−ε model, we considered the use of the RANS Ri j− ε model as a way of simulating turbulence anisotropy.We were able to verify the necessity of using the Duynkerke (1988) constants in order to achieve atmospheric levels of turbulence with the k− ε model. In a similar way, we also developed a new set of atmospheric constants for the Ri j− ε model. Finally, we proposed a theoretical model capable of reproducing the main characteristics of a turbulent flow for any given sampling duration, thus allowing a more continuous approach between « standard » and « atmospheric » constants for turbulence models. Also, in this thesis, we developed the « CFD 1D-3D » modeling approach. It is based on the use of a 1D CFD model as a way of providing vertical profiles of meteorological data for boundary conditions of a 3D CFD code, used in complex terrain. This 1D model was developed as a part of the thesis, along with k− ε and Ri j − ε turbulence models. It was validated by being compared with empirical and theoretical results. The comparisons showed very encouraging results concerning the ability of this model in simulating ABL in the presence of a flat terrain. In addition, the « CFD 1D- 3D » methodology was assessed by comparison with wind tunnel measurements in the presence of complex terrain, which showed very satisfactory resultst. These comparisons also validated the newly developed set of constants for the Ri j− ε model. Finally, we studied the use of partially converged CFD as a way of reducing the CPU time of CFD simulations for operational purposes. We therefore demonstrated that we can achieve a low error solution (< 10% error compared with the converged solution), with a CPU time of about 5%−10% of the time required to achieve convergence. This result was very interesting because the methodology significantly reduces the computational time while maintaining a low error as compared to the overall uncertainty of the CFD approach

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Mahjoub, Saïd Nejla. "Etude de la diffusion d'un panache issu d'une cheminée : application à la maîtrise de la dispersion d'un polluant." Aix-Marseille 2, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX22085.

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Boyer, Patrick. "Contribution à l'étude de la dispersion des polluants dans les basses couches de l'atmostphère en situations stables et par vent faible." Aix-Marseille 2, 1995. http://www.theses.fr/1995AIX22102.

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Abstract:

Cette etude s'interesse aux proprietes locales (quelques kilometres au maximum) du processus de dispersion dans les basses couches de l'atmosphere pendant les periodes a forte stabilite thermique et a vent faible. Caracterisees par un ecoulement fortement instationnaire et inhomogene, ces situations n'ont toujours pas de theorie a meme de les representer. Cinq tracages atmospheriques experimentaux par sf#6 ont ete realises dans ces conditions. Il s'agissait de caracteriser les differentes situations rencontrees et de tester un modele gaussien de dispersion atmospherique en cours de developpement a l'ipsn. Bien que l'analyse des donnees meteorologiques ait ete entravee par l'imprecision des mesures, elle a tout de meme permis de caracteriser les differents tracages et de confirmer l'invalidite, pour ce type de condition, des hypotheses de base de l'approche par similitude de monin-obukhov. L'accroissement de la stabilite atmospherique renforce l'impact d'un rejet en augmentant les concentrations dans le champ proche de la source (<500 m). A des distances plus eloignees (> 1000 m) cette influence tendrait a disparaitre. Une evaluation globale des densites spectrales des composantes de vitesse confirme que l'ecoulement est domine par de grandes structures horizontales et que les plus petites structures disparaissent quand la stabilite augmente. Le processus de diffusion turbulente a petite echelle, qui est preponderant aux faibles temps de transfert, est alors fortement attenue, et les concentrations aux courtes distances augmentent. Les plus grandes structures horizontales sont moins affectees et les concentrations a des distances plus importantes sont moins sensibles au renforcement de la stabilite. Le modele donne de bons resultats en terme d'impact global. Cependant, l'etude montre que la vitesse de transfert doit etre evaluee a la hauteur des points de prelevement sinon l'hypothese du modele selon laquelle la vitesse moyenne de l'ecoulement est invariante sur la verticale peut entrainer d'importantes erreurs sur l'estimation du transport du panache et des temps d'exposition

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Quélo, Denis. "Simulation numérique et assimilation de données variationnelle pour la dispersion atmosphérique de polluants." Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 2004. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002101.

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Abstract:

Ce travail a permis de développer un modèle de chimie-transport tridimensionnel Polair3D pour simuler la pollution photochimique. Des comparaisons aux mesures d'ozone et d'oxydes d'azote sur la région de Lille pour l'année 1998 l'ont validé à l'échelle régionale. La méthode d'assimilation de données 4D-var a été implémentée. Elle est basée sur le modèle adjoint de Polair3D qui a été obtenu par différenciation automatique. Une application à la modélisation inverse des émissions sur Lille avec des observations réelles a montré que l'inversion de paramètres temporels d'émissions d'oxydes d'azote permet d'améliorer notablement les prévisions. La sensibilité de "second-ordre" permet d'étudier la sensibilité de l'inversion au système d'assimilation de données lui-même en calculant son conditionnement. Cette problématique est illustrée sur deux applications: la dispersion de radionucléides à petite échelle et la chimie atmosphérique, caractérisée par sa disparité d'échelles temporelles.

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Winiarek, Victor. "Dispersion atmosphérique et modélisation inverse pour la reconstruction de sources accidentelles de polluants." Phd thesis, Université Paris-Est, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01004505.

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Abstract:

Les circonstances pouvant conduire à un rejet incontrôlé de polluants dans l'atmosphère sont variées : il peut s'agir de situations accidentelles, par exemples des fuites ou explosions sur un site industriel, ou encore de menaces terroristes : bombe sale, bombe biologique, notamment en milieu urbain. Face à de telles situations, les objectifs des autorités sont multiples : prévoir les zones impactées à court terme, notamment pour évacuer les populations concernées ; localiser la source pour pouvoir intervenir directement sur celle-ci ; enfin déterminer les zones polluées à plus long terme, par exemple par le dépôt de polluants persistants, et soumises à restriction de résidence ou d'utilisation agricole. Pour atteindre ces objectifs, des modèles numériques peuvent être utilisés pour modéliser la dispersion atmosphérique des polluants. Après avoir rappelé les processus physiques qui régissent le transport de polluants dans l'atmosphère, nous présenterons les différents modèles à disposition. Le choix de l'un ou l'autre de ces modèles dépend de l'échelle d'étude et du niveau de détails (topographiques notamment) désiré. Différentes méthodes de modélisation inverse pour reconstruire des sources accidentelles sont ensuite présentées, de même que des méthodes d'estimations des erreurs a priori, auxquelles les résultats de l'inversion sont particulièrement sensibles. Plusieurs cas d'application, en utilisant des données synthétiques et des données réelles, sont proposés, notamment l'estimation de termes sources consécutifs à l'accident de Fukushima en mars 2011. Par nos méthodes, nous avons estimé que les rejets de césium-137 se situent en 12 et 19 PBq, avec une incertitude comprise en 15 et 65%, et que les rejets d'iode-131 se situent entre 190 et 380 PBq avec une incertitude comprise entre 5 et 10%. En ce qui concerne la localisation d'une source inconnue, deux stratégies sont envisageables : les méthodes dites paramétriques et les méthodes non-paramétriques. Les méthodes paramétriques s'appuient sur le caractère particulier des situations accidentelles dans lesquelles les émissions de polluants sont généralement d'étendue limitée. La source à reconstruire est alors paramétrisée et le problème inverse consiste à estimer ces paramètres, en nombre réduit. Dans les méthodes non-paramétriques, aucune hypothèse sur la nature de la source (ponctuelle, localisée, ...) n'est réalisée et le système cherche à reconstruire un champs d'émission complet (en 4 dimensions). Plusieurs méthodes sont proposées et testées sur des situations réelles à l'échelle urbaine avec prise en compte des bâtiments, pour lesquelles les méthodes que nous proposons parviennent à localiser la source avec une erreur moyenne de 20m (soit 10% de la taille du domaine d'étude), suivant les situations modélisées et les méthodes inverses utilisées.

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Foudhil, Hadjira. "Développement d'un modèle numérique de dispersion atmosphérique de particules à l'échelle d'un paysage hétérogène." Bordeaux 1, 2002. http://www.theses.fr/2002BOR12525.

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Abstract:

Ce travail de thèse a pour objet le développement d'un modèle numérique de dispersion de particules biotiques, basé sur la résolution des équations de la couche limite atmosphérique. L'accent est porté sur l'élaboration d'un code capable de simuler des écoulements pour des configurations de paysages hétérogènes, car la dispersion des particules est fortement influencée par la structure même du paysage. Le modèle dynamique utilise les équations de Reynolds simplifiées dans le cadre des hypothèses de Boussinesq et la turbulence est traitée par une approche statistique (modèles k-l et k-s). Le système d'équations mis en place permet de modéliser les principaux processus physiques à deux échelles différentes : la modélisation à grande échelle s'appuie sur la théorie de similitude de Monin et Obukhov, qui permet d'élaborer des lois de paroi pour simuler les transferts turbulents entre la surface apparente et la basse atmosphère ; la modélisation à l'échelle du couvert amène à résoudre explicitement l'écoulement dans la sous-couche rugueuse, définie par une canopée végétale, jusqu'à la surface du sol. La dispersion des particules est traitée par une approche eulérienne, qui considère l'ensemble des particules dans l'écoulement comme un champ de concentration continu, dont l'évolution est décrite par une équation de convection-diffusion. Le code de calcul est d'abord validé à partir de données expérimentales acquises dans diverses configurations, en soufflerie comme in situ : transition de rugosité de surface, turbulence en couvert homogène, alternances couvert-clairière-couvert, diffusion de spores en couvert homogène, diffusion de pollen en paysage discontinu. Une série de simulations est ensuite menée pour analyser l'influence de la structure de divers paysages complexes sur la dispersion de particules.

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Wei, Xiao. "Experimental and numerical study of atmospheric turbulence and dispersion in stable conditions and in near field at a complex site." Thesis, Paris Est, 2016. http://www.theses.fr/2016PESC1012/document.

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Abstract:

Un programme expérimental a été conçu afin d'étudier la dispersion des polluants sur un terrain complexe avec un accent mis sur des conditions stables qui restent délicates pour la modélisation numérique. Ce programme expérimental est mené sur le site du SIRTA dans la banlieue sud de Paris et consiste à mesurer en champ proche la turbulence et la dispersion des polluants. L'objectif de ce programme est de caractériser la structure fine de la turbulence et de la dispersion associée par des mesures à haute résolution temporelle et spatiale. Ensuite, ces mesures permettent de valider et d'améliorer la qualité de simulations CFD pour la turbulence et la dispersion sur un site fortement hétérogène. Le dispositif instrumental comprend 12 anémomètres ultrasoniques mesurant en continu la vitesse du vent et la température à 10 Hz, et 6 détecteurs à photo-ionisation (PID) mesurant la concentration de gaz à 50 Hz pendant des essais de traçage. Plusieurs périodes d’observations intensives (POIs) avec des rejets de gaz ont été réalisées depuis Mars 2012.Tout d'abord, une étude détaillée de l'écoulement du vent sur le site est réalisée, car l’écoulement doit être caractérisé et correctement simulé avant de simuler la dispersion des polluants. Cette étude est basée sur deux ans de mesures en continu et sur les mesures acquises durant les POIs. La forte anisotropie de la turbulence dans la couche de surface est caractérisée à l’aide du calcul des variances, des échelles de longueur intégrales et des spectres des trois composantes de la vitesse du vent. La propagation des structures turbulentes entre les capteurs est caractérisée en utilisant les corrélations de vitesse. Les spectres de vitesse montrent plusieurs pentes dans différentes zones de fréquence. En outre, l’analyse des données montre l’impact de l'hétérogénéité du terrain sur les mesures. La forêt au nord du site expérimental modifie la vitesse et la direction du vent pour un grand secteur nord. Il induit un fort cisaillement de la direction du vent et une décélération en dessous de la hauteur de la forêt. Les simulations numériques sont effectuées avec le code de CFD Code_Saturne en mode RANS avec une fermeture k-ε adaptée pour les écoulements atmosphériques et un modèle de canopée pour la forêt. Ces simulations reproduisent correctement les caractéristiques de l'écoulement moyen sur le site des mesures, en particulier l'impact de la forêt pour les différentes directions du vent et pour la stratification neutre et stable. Les résultats de simulation montrent aussi le cisaillement de direction du vent et l’augmentation de l’énergie cinétique turbulente induits par la forêt. Une étude de sensibilité montre que ces effets sur l'écoulement s’accentuent quand la densité foliaire augmente. L’étude de dispersion est réalisée pour plusieurs POIs. L’analyse des données de concentration montre la cohérence avec les mesures de campagnes précédentes réalisées dans des zones proches de la source. Les fluctuations de concentrations sont caractérisées à travers les séries temporelles, l'histogramme et l'analyse statistique des concentrations. Une zone inertielle peut également être identifiée dans les spectres de concentration. Ensuite, la dispersion des polluants est modélisée par les équations de transport pour la concentration et sa variance. La concentration moyenne est globalement en bon accord avec les mesures pour toutes les POIs étudiées. L’accord avec les mesures sur la position du maximum de concentration dépend de la précision de la rotation du vent simulée en-dessous de la hauteur de la forêt. Les fluctuations de concentration obtenues dans les simulations semblent être affectées de manière significative par la condition initiale et la modélisation du terme de dissipation. Une étude de sensibilité à la paramétrisation est ensuite présentée An experimental program has been designed in order to study pollutants dispersion at a complex site with a focus on stable conditions, which are still challenging for numerical modelling. This experimental program is being conducted at the SIRTA site in a southern suburb of Paris and consists in measuring, in near field, the turbulence and the pollutants dispersion. The aim of this program is to characterize the fine structure of turbulence and associated dispersion through high temporal and spatial resolution measurements. Then, these measurements allow to validate and improve the performance of CFD simulation for turbulence and dispersion in a heterogeneous field. The instrumental set up includes 12 ultrasonic anemometers measuring continuously wind velocity and temperature at 10 Hz, and 6 photo-ionization detectors (PIDs) measuring gas concentration at 50 Hz during tracer tests. Intensive observations periods (IOPs) with gas releases have been performed since March 2012.First of all, a detailed study of flow on the site is made, because it must be characterised and properly simulated before attempting to simulate the pollutants dispersion. This study is based on two years of continuous measurements and on measurements performed during IOPs. Turbulence strong anisotropy in the surface layer is characterized by calculating variances, integral length scales and power spectra of the three wind velocity components. Propagation of turbulent structures between sensors has been characterized with velocity correlations. Energy spectra show several slopes in different frequency regions. Also, data analyses show impact of terrain heterogeneity on the measurements. The forest to the north of experimental field modifies wind velocity and direction for a large northerly sector. It induces a strong directional wind shear and a wind deceleration below the forest height. Numerical simulations are carried out using the CFD code Code_Saturne in RANS mode with a standard k-ε closure adapted for atmospheric flows and a canopy model for the forest. These simulations are shown to reproduce correctly the characteristics of the mean flow on the measurements site, especially the impact of the forest for different wind directions, in both neutral and stable stratification. Simulations results also show the directional wind shear and the turbulent kinetic energy increase induced by the forest. A sensitivity study has been made for various values of forest density and shows that the typical features of canopy flow become more pronounced as canopy density increases. Pollutants dispersion study are made for several IOPs. Concentration data analysis shows a consistency with previous measurements made in a near-source region where the plume scale is smaller than the large-scale turbulence eddies. Concentration fluctuations are characterized through concentration time series, histogram and statistical analysis. The internal subrange can be observed in the concentration spectra. Next, pollutants dispersion are modelled by transport equations for concentration and its variance. The mean concentrations show a good agreement with measurements in values for all the IOPs studied, except that the position of the concentration peak depends on the accuracy of simulated wind rotation below the forest height. The concentration fluctuations obtained from simulations seem to be affected significantly by the initial condition and the modelling of the dissipation term. A sensitivity study to the parameterisation is then presented

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Francoeur, Pierre. "Évaluation du modèle de dispersion atmosphérique BLP sur le site de l'Aluminerie de Bécancour." Thèse, Université du Québec à Trois-Rivières, 1996. http://depot-e.uqtr.ca/4772/1/000628935.pdf.

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Vendel, Florian. "Modélisation de la dispersion atmosphérique en présence d'obstacles complexes : application à l'étude de sites industriels." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00601470.

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Abstract:

La surveillance des émissions de polluants dans l'atmosphère constitue pour les industriels une problématique environnementale de premier ordre. Qu'elles soient ponctuelles (rejet de polluant par une cheminée) ou fugitives (fuites accidentelles de canalisations ou de stockages), la connaissance et la maîtrise de ces émissions est aujourd'hui nécessaire pour quantifier et réduire les cas échéant leur impact environnemental. Dans ce contexte, la modélisation de la dispersion atmosphérique est un outil d'analyse intéressant, permettant la surveillance d'un site industriel et la cartographie des concentrations autour du site. L'objectif de cette thèse était de développer un code de calcul opérationnel assurant le suivi des polluants sur un site industriel, en champ proche (prise en compte de la complexité du bâti) et avec des temps de calcul avoisinant le temps réel. Nous avons, au cours de ce travail de recherche, développé une approche appeléeFlow'Air-3D basée sur la constitution, en amont de toute situation opérationnelle, d'une base de données de champs de vent CFD calculés sur le site industriel étudié. En situation opérationnelle, la dispersion des polluants est modélisée avec un code de dispersion lagrangien, SLAM, également développé dans le cadre de cette thèse. Pour pouvoir mettre en place cette approche Flow'Air-3D, nous avons développé une méthodologie et une paramétrisation spécifique du modèle RANS-k-e pour représenter une couche limite de surface diabatique. Nous avons ensuite identifié les paramètres nécessaires à la construction de la base de données, ainsi que l'influence de la discrétisation et de l'interpolation de ces paramètres sur les champs de vent déterminés par cette approche. Finalement un code de dispersion lagrangien stochastique à particules, utilisant les champs de vent de la base de données, a été développé et partiellement validé sur quelques cas académiques simples (condition de mélange homogène, comparaison à la dispersion d'une bouffée gaussienne, etc.)Des essais en soufflerie, une approche eulérienne (effectuée avec FLUENT 6.3) et une première application de la méthodologie Flow'Air-3D/SLAM ont été menés sur le site pétrochimique de la raffinerie de Feyzin. Les comparaisons effectuées entre ces trois approches montrent le bon comportement du modèle SLAM. Les temps CPU mis en œuvre pour réaliser les calculs de dispersion lagrangien sont encourageants et montrent la faisabilité de notre approche sur un cas applicatif réel.

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Zysk, Janusz. "Modeling of the atmospheric dispersion of heavy metals over Poland." Thesis, Paris Est, 2016. http://www.theses.fr/2016PESC1169/document.

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Abstract:

Modélisation de la dispersion atmosphérique des métaux lourds émis par l'industrie énergétique polonaise.De nombreuses études ont mis en évidence les impacts néfastes de la contamination en métaux lourds de l'atmosphère. Une attention particulière est porté au mercure, au plomb et au cadmium qui font l'objet du protocole d'Aarhus sur les métaux lourds (1998). Les parties signataires (incluant la Pologne) s'obligent à réduire les émissions et à obsrver et suivre les niveaux de contamination dans l'environnement.La Pologne est un des plus gros émetteurs de mercure, de plomb et de cadmium en Europe du fait de l'exploitation de centrale à charbon pour la production d'énergie. Des efforts de recherche sont à réaliser pour étudier la contamination par les métaux lourds. Les objectifs de ce travail sont :• de développer et utiliser un modèle pour représenter la dispersion atmosphérique du mercure dans la plate-forme de modélisation numérique Polyphemus.• d'étudier la dispersion en Europe et en Pologne des émissions du secteur de l'industrie énergétique.Pour satisfaire ces objectifs un nouveau schéma chimique pour le mercure a été implémenté dans la plate-forme de modélisation numérique Polyphemus. Une revue de la littérature scientifique a montré que la chimie du mercure restait mal connue. Cela implique des différences dans les modèles établis jusqu'à présent. Ceux-ci diffèrent également de par leur façon de représenter les processus de retrait de l'atmosphère. Le mercure gazeux élémentaire (GEM) présente des concentrations relativement uniformes dans l'espace. Les concentrations des formes oxydées et les dépôts au contraire présentent de forts gradients dans l'espace.Ce travail a mis en évidence la sensibilité des résultats à plusieurs composantes du modèle. Dans le schéma chimique, les chemins d'oxydation du GEM par le radical hydroxyle, l'ozone et les composés bromés dominent en phase gazeuse. En phase aqueuse les réactions de réduction dominent. Toutes ces réactions ont un impact critique sur les concentrations et les dépôts des formes oxydées du mercure mais faible sur le GEM. Dans ce modèle, le dépôt sec du GEM est un des principaux processus de retrait du mercure atmosphérique. Ce relativement fort flux de dépôt de GEM diffère significativement des précédents modèles qui souvent néglige ce processus. Il a également était mis en évidence que les flux de dépôt humide sont sensibles aux paramètres du modèle de lessivage.Les résultats de simulation montrent que l'industrie énergétique est responsable de 80% des dépôts humides de mercure près des grosses sources ponctuelles. La contribution des émissions nationales sur l'ensemble du pays se limite toutefois à un peu plus de 21% pendant l'hiver, lorsque de grandes quantités de charbon sont brûlées. L'impact des émissions de cadmium et de plomb est comparativement plus faible. Les simulations montrent un impact maximal de 30% et 10% pour le cadmium et le plomb respectivement à proximité des sources.De manière générale de plus nombreuses observations de concentrations et de dépôt de métaux lourds seraient utiles pour une meilleure évaluation des modèles Modelling of atmospheric transport of heavy metals emitted from Polish power sectorMany studies have been conducted to investigate the atmospheric heavy metals contamination and its deposition to ecosystems. The increasing attention to mercury pollution has been mainly driven by the growing evidence of its negative impacts on wildlife, ecosystems and particularly human health. Lead and cadium are also toxics which are being emitted into the atmosphere by anthropogenic as well as natural sources. The harmful influence of these three heavy metals was underlined in the Aarhus Protocol on Heavy Metals of 1998. The Parties of this protocol (including Poland) are obligated to reduce emissions, observe the transport and the amounts of lead, mercury and cadmium in the environment.Poland is one of the biggest emitter of mercury, lead and cadmium in Europe mainly due to emission from coal combustion processes. Therefore in Poland, research efforts to study the heavy metals emission, atmospheric transport, concentration and deposition are extremely important. The objectives of this work were twofold:• The practical objective was to develop and run a model to represent the atmospheric dispersion of mercury and to implement it in the air quality modelling platform Polyphemus.• The scientific objective was to perform heavy metals dispersion studies over Europe and detailed studies of the impact of the polish power sector on the air quality regarding mercury, cadmium and lead.To meet the declared aim, a new mercury chemical model was implemented into the Polyphemus air quality system. The scientific literature was reviewed regarding mercury chemistry and mercury chemical models. It can be concluded that the chemistry of mercury is still not well known. The models also differ in the way of calculating the dry and wet deposition of mercury. The elemental gaseous mercury ambient concentrations are evenly distributed, on the contrary, high variations in the spatial gradients of reactive gaseous and particulate forms of mercury air concentrations and deposition fluxes were noted.This study shows that many components of the developed model have crucial impacts on the results. In the model of mercury chemistry, the most effective pathway in the gaseous phase are the oxidation of gaseous elemental mercury by hydroxyl radical, ozone and most of all bromine oxide radicals, while in the aqueous phase the reduction reactions of elemental mercury dominate. These reactions have a crucial influence on the mass balance of reactive mercury, but a rather low influence on gaseous elemental mercury (GEM). In this model, dry deposition of gaseous elemental mercury is the prevailing process for removing mercury from the atmosphere. Dry deposition of GEM over land is equally distributed, due to almost uniform ambient concentrations. The relatively high dry deposition flux of gaseous elemental mercury has a huge influence on the presented results and differs significantly from other models where the dry deposition of GEM is often not taken into account. It was also shown that a change in the calculation of the scavenging coefficients or representative raindrop diameter for in-cloud scavenging has a significant impact on the amount of wet deposited mercury.The detailed results show that the Polish power sector can be responsible for up to 80% of wet deposited mercury near large emission sources. The contribution from national sources over whole Poland reaches 21% during the winter heating season when large quantities of coal are burned in the domestic sector and additionally the power sector activity is at its highest. The impact of emissions of cadmium and lead from the power sector is lower compared to the obtained results for mercury. The modelling results showed maximal impacts of 30% and 10% for cadmium and lead near large power sector sources on the ambient concentrations and deposition. Wider measurements of heavy metals are very much needed

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Wagner, Sébastien. "Modélisation numérique de la dispersion à méso-échelle de polluants atmosphériques par emboîtement interactif de maillages : application à la zone ESCOMPTE." Toulon, 2003. http://www.theses.fr/2003TOUL0004.

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Abstract:

Ce travail est une contribution aux méthodes de modélisation de la qualité de l'air. Notre nouveau modèle multi-échelle "MAPOM" (Multiscale Air Pollution Model) simule la dispersion de polluants atmosphériques à méso-échelle. Pour augmenter la précision du modèle, une nouvelle technique d'emboîtement de maillages avec interaction aux interfaces a été implémentée et testée. Les propriétés de conservation de la masse, de positivité et de monotonie du schéma sont assurées. MAPOM a été validé sur des cas tests théoriques avant d'être appliqué sur la région Marseille - Etang de Berre (domaine ESCOMPTE). Le modèle et son algorithme d'emboîtement interactif de maillages ont démontré leur efficacité à traiter des problèmes difficiles de qualité de l'air, à mésoéchelle et sur des terrains complexes. L'optimisation de la mémoire et la structure modulaire de ce nouveau modèle permettent une gestion souple, rapide et automatique des grilles emboîtées et des processus physiques et chimiques This work aims to be a contribution to the numerical techniques used in air quality modelling. Our new multiscale model "MAPOM" (Multiscale Air Pollution Model) simulates mesoscale atmospheric pollutant dispersion. To increase the model accuracy, a new mesh embedding method, allowing grid interactions at the interface, has been implemented and tested. Mass conservation, positivity, and monotonicity are ensured. MAPOM was validated on theoretical test cases. It was then applied over the area of Marseille - Etang de Berre (ESCOMPTE domain). The model and its interactive mesh embedding algorithm were proved to be efficient in handling difficult problems of air quality at mesoscale over complex terrain. The optimization of the memory, and the modular structure of this new model enable a flexible, fast and automatic management of the nested grids, and of the physical and chemical processes

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LOUBET, Benjamin. "Modélisation du dépôt sec d'ammoniac atmosphérique à proximité des sources." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003250.

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Abstract:

L'ammoniac atmosphérique (NH3) est émis en majeure partie par l'agriculture. Etant très soluble, il se dépose rapidement sur la végétation par absorption foliaire et dépôt sur les surfaces (dépôt cuticulaire). Ces dépôts constituent une source de pollution importante pour les écosystèmes dits sensibles. Afin d'étudier la variabilité des dépôts secs d'ammoniac à proximité des sources agricoles, en réponse aux conditions climatiques et au type d'écosystème, un modèle mécaniste de dispersion et de dépôt d'NH3 a été développé. Il repose sur le couplage d'un modèle de dispersion de gaz-traces, de type marche aléatoire, et d'un modèle d'échange à l'échelle foliaire prenant en compte les voies stomatiques et cuticulaires, et incluant le point de compensation stomatique. Le modèle a été validé à partir de données expérimentales mesurées sur un couvert de maïs et de deux autres jeux de données sur prairie. Le modèle simule bien les concentrations dans le cas de la prairie mais il est biaisé dans le cas du maïs. Le biais semble provenir de l'orientation moyenne de la direction du vent et met en avant la nécessité d'utiliser un modèle en 3 dimensions pour l'étude de la dispersion à l'échelle locale. L'application du modèle montre que les dépôts secs cumulés peuvent varier entre quelques dixièmes de % et quasiment 20% de la quantité émise à 400 m en aval d'une source ligne. Le modèle indique que les facteurs les plus influents sur le dépôt sont la hauteur de la source par rapport au couvert, la vitesse du vent et la stratification thermique, ainsi que les résistances stomatiques et cuticulaires. Sous un climat chaud et sec, le dépôt sec local d'ammoniac emprunte prioritairement la voie stomatique, tandis que sous un climat tempéré et humide, il se fait par voie cuticulaire. Il en ressort que pour améliorer les estimations du dépôt sec local, il sera nécessaire de mieux comprendre et paramétrer le dépôt cuticulaire, et le point de compensation stomatique.

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Milliez, Maya. "Modélisation micro-météorologique en milieu urbain : dispersion des polluants et prise en compte des effets radiatifs." Marne-la-vallée, ENPC, 2006. http://www.theses.fr/2006ENPC0629.

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Abstract:

L'hétérogénéité des espaces urbains et l'interaction avec les bâtiments sont à l'origine de processus complexes à prendre en compte dans les études de pollution atmosphérique et de climat urbain à petite échelle. Afin d'estimer l'impact des bâtiments sur l'écoulement et la dispersion de polluants, une étude détaillée dans un milieu urbain idéalisé a été effectuée avec le modèle numérique tridimensionnel Mercure_Saturne, en modélisant à la fois les concentrations moyennes et leurs fluctuations. Pour prendre en compte le rayonnement atmosphérique en milieu bâti et les effets thermiques des bâtiments, nous avons implémenté un modèle radiatif tridimensionnel adapté à la géométrie complexe. Ce modèle, adapté d'un schéma utilisé pour le rayonnement thermique, résout l'équation des transferts radiatifs en milieu semi-transparent, en utilisant la méthode des ordonnées discrètes. Le nouveau schéma a été validé en milieu transparent sur des cas idéalisés et comparé à un cas complet.

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Roustan, Yelva. "Modélisation de la dispersion atmosphérique du mercure, du plomb et du cadmium à l'échelle européenne." Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00140829.

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Abstract:

Le plomb, le mercure et le cadmium sont les métaux lourds identifiés comme les plus préoccupants dans le cadre de la pollution atmosphérique à longue distance. Comprendre et modéliser leur comportement permet la prise de décision efficace pour réduire leur impact sur l'homme et son environnement. Les deux premières parties de cette thèse portent sur la modélisation de ces polluants trace en vue de l'étude d'impact à l'échelle européenne. Le mercure en étant principalement présent sous forme gazeuse et susceptible d'interagir chimiquement se distingue des autres métaux lourds essentiellement portés par les particules fines et considérés comme inertes. La troisième partie de cette thèse présente un développement méthodologique basé sur l'utilisation d'une approche adjointe permettant de quantifier les sensibilités du modèle développé aux différents forçages utilisés mais également d'affiner ceux-ci par modélisation inverse.

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Nguyen, Chi Vuong. "Assimilation de données et couplage d'échelles pour la simulation de la dispersion atmosphérique en milieu urbain." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEC018/document.

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Abstract:

La surveillance de la qualité de l'air est actuellement effectuée avec des mesures de concentration et à partir d'outils de modélisation de la dispersion atmosphérique. Ces modèles numériques évaluent les concentrations des polluants avec une résolution spatio-temporelle plus fine que les mesures. Néanmoins, les estimations fournies par ces modèles sont moins précises que les mesures. Dans ce projet de recherche, nous avons étudié les approches de couplage d'échelles et d'assimilation de données pour améliorer les estimations fournies par le modèle de dispersion atmosphérique SIRANE, dédié à l'échelle urbaine. L'approche de couplage d'échelles consiste à déterminer les conditions aux limites d'une simulation à partir d'une autre simulation à plus grande échelle. Au cours de ce travail de thèse, nous avons analysé trois méthodes afin de coupler le modèle urbain SIRANE et le modèle à méso-échelle CHIMERE. Cette étude montre que ces méthodes permettent potentiellement d'estimer la qualité de l'air à l'échelle urbaine de manière plus satisfaisante que les modèles à méso-échelle (utilisés seuls). Cependant, elles n'améliorent pas forcément la modélisation des conditions aux limites d'une simulation à l'échelle urbaine et les estimations fournies par celles-ci. Cela est a priori lié au fait que les estimations fournies par le modèle CHIMERE ne sont pas suffisamment satisfaisantes sur notre cas d'étude. Il est néanmoins possible que ces méthodes améliorent les résultats à l'échelle urbaine en utilisant une simulation à l'échelle régionale de meilleure qualité. L'approche d'assimilation de données consiste à combiner les mesures et les données modélisées afin de déterminer la meilleure estimation de l'état d'un système. Durant cette thèse, nous avons étudié trois méthodes d'assimilation de données : la méthode de débiaisement, la méthode que nous avons nommée modulation de la contribution des sources et la méthode Best Linear Unbiased Estimator. Cette étude indique que ces méthodes permettent globalement d'améliorer les estimations fournies par le modèle SIRANE. L'étude de sensibilité vis-à-vis du nombre de mesures utilisées lors de l'assimilation de données indique qu'en général, plus ce nombre est élevé plus les résultats sont satisfaisants. Enfin, les résultats montrent que les performances statistiques associées à ces trois méthodes d'assimilation de données sont globalement comparables entre elles sur notre cas d'étude Air quality monitoring is currently carried out with concentration measurements and with atmospheric dispersion modeling tools. These numerical models evaluate pollutant concentrations with a finer spatio-temporal resolution than measurements. Nevertheless, the estimates provided by these models are less accurate than measurements. In this research project, we studied multiscale coupling and data assimilation approaches to improve the estimates provided by the SIRANE atmospheric dispersion model, dedicated to the urban scale. The multiscale coupling approach consists in determining the boundary conditions of a simulation from another simulation on a larger scale. In this thesis work, we analyzed three methods for coupling the SIRANE model with the CHIMERE mesoscale model. This study shows that these methods can potentially estimate the air quality at the urban scale more satisfactorily than the mesoscale models (used alone). However, they do not necessarily improve the modeling of the boundary conditions of a simulation at the urban scale and the estimates provided by them. This is a priori due to the fact that the estimates provided by the CHIMERE model are not sufficiently good on our case study. It is possible, however, that these methods improve the results at the urban scale by using a better simulation at the regional scale. The data assimilation approach consists of combining the measurements and the modelled data to determine the best estimate of the system state. During this thesis, we studied three data assimilation methods : the unbiased method, the method that we called source apportionment modulation, and the Best Linear Unbiased Estimator method. This study indicates that these methods generally improve the estimates provided by the SIRANE model. The sensitivity study on the number of measurements used during the data assimilation indicates that, in general, higher is this number, more satisfactory are the results. Finally, the results show that the statistical performances associated with these three data assimilation methods are globally comparable on our case study

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Lumet, Eliott. "Évaluation et réduction des incertitudes pour la simulation numérique de la dispersion atmosphérique à micro-échelle." Electronic Thesis or Diss., Université de Toulouse (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024TLSES003.

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La qualité de l'air est fortement dégradée lors d'évènements comme les accidents industriels au cours desquels des gaz et des particules néfastes sont libérées dans l'atmosphère et transportées sous l'effet du vent. En milieu urbain, les bâtiments ont un effet de blocage sur l'écoulement ce qui peut entraîner des pics de pollution et donc des risques à court terme pour la santé et l'environnement. Localiser ces pics nécessite de recourir à des modèles résolvant les équations fondamentales de la physique des écoulements et leurs interactions avec le milieu bâti. Malgré leur complexité, ces modèles présentent des incertitudes notamment liées aux conditions atmosphériques. Cette thèse vise à construire et valider un système de modélisation permettant d'estimer ces incertitudes et d'identifier les scénarios possibles de dispersion, en s'appuyant sur des outils venant de l'apprentissage statistique et en informant le modèle à partir d'observations in-situ Air quality is severely degraded during events such as industrial accidents. Harmful gases and particles are released into the atmosphere and carried by the wind. In built environments, these pollutants can lead to local pollution peaks due to buildings blocking the flow, resulting in short-term health and environmental risks. Locating these peaks requires the use of models solving the fundamental equations of fluid dynamics and their interactions with the built environment. Despite their complexity, these models are subject to uncertainties that are partly linked to atmospheric conditions. The aim of this thesis is to build and validate a modeling system able of estimating these uncertainties and identifying possible dispersion scenarios. This is achieved by using tools derived from statistical learning and by informing the model with in-situ observations

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Alam, Boulos. "Modélisation numérique de la turbulence et de la dispersion atmosphérique par faibles vents en milieu urbain." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. https://www.biblio.univ-evry.fr/theses/2023/interne/2023UPAST179.pdf.

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Abstract:

Cette thèse se situe dans le contexte de la modélisation de la dispersion atmosphérique, en particulier en présence de vents faibles. Les sources de pollution atmosphérique, souvent situées près du sol et influencées par des obstacles complexes, engendrent des concentrations élevées de polluants à proximité, ce qui se traduit par des fluctuations significatives de ces concentrations. Les vents faibles, généralement associés à des conditions atmosphériques stables, posent un défi particulier en matière de modélisation de la dispersion des polluants, nécessitant une analyse approfondie des donnéesmétéorologiques et une adaptation des modèles de prédiction. Afin de relever ce défi complexe, l'utilisation de la Dynamique des Fluides Numérique (CFD) est incontournable, même si des recherches supplémentaires sont nécessaires pour valider son efficacité dans le champ proche des sources et en présence de vents faibles. Le logiciel Code_Saturne® (EDF R&D) est sélectionné en raison de sonefficacité avérée dans la simulation de la dispersion de polluants atmosphériques. Cette thèse se décompose en trois phases distinctes : la première phase se concentre sur les fondements de la dispersion atmosphérique, en explorant l'impact de différents paramètres tels que la structure de la couche limite atmosphérique, la turbulence atmosphérique et la stabilité de l'atmosphère. Ces éléments jouent un rôle crucial dans la manière dont les polluants se dispersent dans l'air. La deuxièmephase détaille la méthodologie utilisée dans Code_Saturne pour effectuer les simulations, notamment les modèles de turbulence utilisés et les critères d'évaluation de ces modèles. En plus des modèles isotropes classiques, cette recherche se penche sur l'utilisation de modèles de turbulence anisotropes pour étudier la dispersion dans divers contextes. La troisième phase de la thèse se concentre sur l'évaluation de différents modèles de turbulence et de corrélations vitesse-scalaire à l'aide d'observations effectuées en milieu urbain dans des conditions atmosphériques neutres et stables.Enfin, la dernière phase de la recherche explore les conditions de vent faible et stable, caractérisées généralement par des vitesses de vent inférieures à 2 m/s et des variations aléatoires du vent. Cette phase examine les méandres dans la dispersion des polluants et évalue les limites des modèles analytiques et CFD pour prédire la concentration dans de telles condi- tions. À cet effet, un modèle URANS est développé et évalué. Enfin, une méthode gaussienne segmentée est élaborée pour comparer les résultats aux prédictions CFD et aux observations sur le terrain This thesis is situated in the context of atmospheric dispersion modeling, particularly in the presence of low winds. Atmospheric pollution sources, often located near the ground and influenced by complex obstacles, generate high concentrations of pollutants nearby, resulting in significant concentration fluctuations. Low winds, typically associated with stable atmospheric conditions, pose a specific challenge in modeling pollutant dispersion, requiring a thorough analysis of meteorological data and adaptation of prediction models. To address this complex challenge, the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) is necessary, although further research is needed to validate its effectiveness in the near-field and in the presence of low winds. The Code_Saturne® software (EDF R&D) is selected due to its proven efficiency in simulating atmospheric pollutant dispersion. This thesis is divided into three distinct phases : the first phase focuses on the fundamentals of atmospheric dispersion, exploring the impact of various parameters such as the atmospheric boundary layer structure, atmospheric turbulence, and atmospheric stability. These elements play a crucial role in how pollutants disperse in the air. The second phase details the methodology used in Code_Saturne for conducting simulations, including the turbulence models employed and the criteria for evaluating these models. In addition to traditional isotropic models, this research investigates the use of anisotropic turbulence models to study dispersion in various contexts. The third phase of the thesis concentrates on the evaluation of different turbulence models and velocity-scalar correlations using observations conducted in urban environments under neutral and stable atmospheric conditions. Finally, the last phase of the research explores conditions of low and stable winds, typically characterized by wind speeds below 2 m/s and random wind variations. This phase examines the meandering patterns in pollutant dispersion and assesses the limitations of analytical and CFD models in predicting concentration in such conditions. To this end, a URANS model is developed and evaluated. Ultimately, a segmented Gaussian method is devised to compare the results with CFD predictions and field observations

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Launay, Emilie. "Modélisation inverse pour la dispersion atmosphérique de polluants suite à un incendie de grande ampleur à l'échelle urbaine." Electronic Thesis or Diss., Marne-la-vallée, ENPC, 2023. http://www.theses.fr/2023ENPC0047.

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Abstract:

Les incendies de grande ampleur survenus en milieu urbain, tels que ceux de l'usine Lubrizol ou de la cathédrale Notre-Dame de Paris en 2019 en France, mettent en évidence la nécessité de développer des moyens d'évaluation des risques engendrés par les panaches de fumées pour la population et l'environnement. L'un des enjeux est de fournir rapidement aux autorités des informations sur les zones impactées par le panache et les niveaux de concentration de polluants auxquels les personnes ont pu être exposées.La modélisation de la dispersion atmosphérique est une méthode utilisée pour évaluer la propagation des concentrations de polluants dans l'atmosphère. En particulier, la simulation de la dispersion des substances toxiques issues d'un rejet ponctuel peut permettre d'orienter des stratégies de prélèvements. Pour les incendies, les caractéristiques de la source polluante peuvent être déterminées au moyen de corrélations qui dépendent des propriétés thermocinétiques du feu. Cependant, en cas de rejet accidentel, les émissions sont a priori inconnues et les simulations visant à analyser le comportement du panache de fumées sont alors réalisées avec des hypothèses et des incertitudes importantes.Si l’on dispose de mesures de concentrations dans l’atmosphère, il devient intéressant de mettre en œuvre une approche de modélisation inverse basée sur l'utilisation conjointe de ces mesures et d'un modèle de dispersion. Deux méthodes basées sur le cadre de la modélisation inverse bayésienne sont développées pour retrouver le terme source d'un incendie de grande ampleur par l'assimilation de mesures de concentration de polluants in-situ. Une méthode semi-bayésienne et une méthode bayésienne de type Monte Carlo par chaîne de Markov sont considérées pour la caractérisation du rejet.La source à retrouver est décrite par un taux d'émission variable dans le temps et une hauteur d'émission. Cette dernière, liée au phénomène d'élévation du panache, est un paramètre important pour évaluer l'impact de la pollution à proximité de l'incendie. Deux stratégies de paramétrisation des hauteurs d'émission sont développées. La première consiste à retrouver les taux de rejet pour toutes les hauteurs d'émission prédéfinies depuis la modélisation directe. La seconde est une proposition d'inversion qui consiste à inverser la hauteur d'émission pour obtenir une intensité de rejet associée. En outre, plusieurs ajustements des méthodes inverses sont proposées pour les rendre plus robustes, notamment avec la caractérisation des niveaux de pollution ambiants.Ces méthodes inverses sont appliquées dans le cadre d'une expérience de simulation d'un système d'observation ("OSSE") correspondant à l'incendie de la cathédrale Notre-Dame en 2019 et d'une étude de cas réel correspondant à l'incendie d'un grand entrepôt à Aubervilliers, près de Paris, en 2021 Past large-scale fires in urban areas, such as the Lubrizol warehouse fire or the Notre-Dame de Paris cathedral fire in France in 2019, have highlighted the need to develop means of assessing the risks posed by smoke plumes to the population and the environment. One of the challenges is to quickly provide the authorities with information on the areas impacted by the plume and the pollutant concentration levels to which people may have been exposed.Atmospheric dispersion modelling is a method used to assess the spread of pollutant concentrations in the atmosphere. By simulating the dispersion of toxic substances from accidental releases, it is possible to guide sampling strategies. For fires, the characterisatics of the pollutant source can be determined using correlations depending on the thermokinetic properties of the fire. However, in the event of an accidental release, the emissions are a priori unknown, and simulations designed to analyse the behaviour of the smoke plume are then carried out with significant assumptions and uncertainties.If atmospheric concentration measurements are available, it is worth using an inverse modelling approach based on the joint use of these measurements and a dispersion model. Two methods based on the Bayesian inverse modelling framework are developed to find the source term of a large-scale fire, by assimilating in-situ pollutant concentration measurements. A semi-Bayesian method and a Markov Chain Monte Carlo Bayesian method are considered for the characterisation of the release. The source to be retreived is described by a time-varying emission rate and an emission height. The latter, linked to the phenomenon of plume rise, is an important parameter for assessing the pollution impact in the vicinity of the fire. Two emission heights parametrisation strategies are studied. The first consists of finding the distributions associated with the release rates for all the predefined emission heights from forward modelling. The second is an inversion proposal, which involves inverting the emission height to obtain an associated release intensity. Moreover, several adjustments to inverse methods are proposed to make them more robust, particularly with regard to the characterisation of ambient pollution levels.These inverse methods are being applied in an Observation System Simulation Experiment (OSSE) corresponding to the Notre-Dame Cathedral fire in 2019 and a real case study corresponding to a large warehouse fire in Aubervilliers, near Paris, in 2021

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Bahlali, Meïssam. "Adaptation de la modélisation hybride eulérienne/lagrangienne stochastique de Code_Saturne à la dispersion atmosphérique de polluants à l’échelle micro-météorologique et comparaison à la méthode eulérienne." Thesis, Paris Est, 2018. http://www.theses.fr/2018PESC1047/document.

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Abstract:

Cette thèse s'inscrit dans un projet de modélisation numérique de la dispersion atmosphérique de polluants à travers le code de mécanique des fluides numérique Code_Saturne. L'objectif est de pouvoir simuler la dispersion atmosphérique de polluants en environnement complexe, c'est-à-dire autour de centrales, sites industriels ou en milieu urbain. Dans ce contexte, nous nous concentrons sur la modélisation de la dispersion des polluants à micro-échelle, c'est-à-dire pour des distances de l'ordre de quelques mètres à quelques kilomètres et correspondant à des échelles de temps de l'ordre de quelques dizaines de secondes à quelques dizaines de minutes : on parle de modélisation en champ proche. L’approche suivie dans ces travaux de recherche suit une formulation hybride eulérienne/lagrangienne, où les champs dynamiques moyens relatifs au fluide porteur (pression, vitesse, température, turbulence) sont calculés via une approche eulérienne et sont ensuite fournis au solveur lagrangien. Ce type de formulation est couramment utilisé dans la littérature atmosphérique pour son efficacité numérique. Le modèle lagrangien stochastique considéré dans nos travaux est le Simplified Langevin Model (SLM), développé par Pope (1985,2000). Ce modèle appartient aux méthodes communément appelées méthodes PDF (Probability Density Function), et, à notre connaissance, n'a pas été exploité auparavant dans le contexte de la dispersion atmosphérique. Premièrement, nous montrons que le SLM respecte le critère dit de mélange homogène (Thomson, 1987). Ce critère, essentiel pour juger de la bonne qualité d'un modèle lagrangien stochastique, correspond au fait que si des particules sont initialement uniformément réparties dans un fluide incompressible, alors elles doivent le rester. Nous vérifions le bon respect du critère de mélange homogène pour trois cas de turbulence inhomogène représentatifs d'une large gamme d'applications pratiques : une couche de mélange, un canal plan infini, ainsi qu'un cas de type atmosphérique mettant en jeu un obstacle au sein d'une couche limite neutre. Nous montrons que le bon respect du critère de mélange homogène réside simplement en la bonne introduction du terme de gradient de pression en tant que terme de dérive moyen dans le modèle de Langevin (Pope, 1987; Minier et al., 2014; Bahlali et al., 2018c). Nous discutons parallèlement de l'importance de la consistance entre champs eulériens et lagrangiens dans le cadre de telles formulations hybrides eulériennes/lagrangiennes. Ensuite, nous validons le modèle dans le cas d'un rejet de polluant ponctuel et continu, en conditions de vent uniforme et turbulence homogène. Dans ces conditions, nous disposons en effet d'une solution analytique nous permettant une vérification précise. Nous observons que dans ce cas, le modèle lagrangien discrimine bien les deux différents régimes de diffusion de champ proche et champ lointain, ce qui n'est pas le cas d'un modèle eulérien à viscosité turbulente (Bahlali et al., 2018b).Enfin, nous travaillons sur la validation du modèle sur plusieurs campagnes expérimentales en atmosphère réelle, en tenant compte de la stratification thermique de l'atmosphère et de la présence de bâtiments. Le premier programme expérimental considéré dans nos travaux concerne le site du SIRTA (Site Instrumental de Recherche par Télédétection Atmosphérique), dans la banlieue sud de Paris, et met en jeu une stratification stable de la couche limite atmosphérique. La seconde campagne étudiée est l'expérience MUST (Mock Urban Setting Test). Réalisée aux Etats-Unis, dans le désert de l'Utah, cette expérience a pour but de représenter une ville idéalisée, au travers d'un ensemble de lignées de conteneurs. Deux rejets ont été simulés et analysés, respectivement en conditions d'atmosphère neutre et stable (Bahlali et al., 2018a) This Ph.D. thesis is part of a project that aims at modeling pollutant atmospheric dispersion with the Computational Fluid Dynamics code Code_Saturne. The objective is to simulate atmospheric dispersion of pollutants in a complex environment, that is to say around power plants, industrial sites or in urban areas. In this context, the focus is on modeling the dispersion at micro-scale, that is for distances of the order of a few meters to a few kilometers and corresponding to time scales of the order of a few tens of seconds to a few tens of minutes: this is also called the near field area. The approach followed in this thesis follows a hybrid Eulerian/Lagrangian formulation, where the mean dynamical fields relative to the carrier fluid (pressure, velocity, temperature, turbulence) are calculated through an Eulerian approach and are then provided to the Lagrangian solver. This type of formulation is commonly used in the atmospheric literature for its numerical efficiency. The Lagrangian stochastic model considered in our work is the Simplified Langevin Model (SLM), developed by Pope (1985,2000). This model belongs to the methods commonly referred to as PDF (Probability Density Function) methods, and, to our knowledge, has not been used before in the context of atmospheric dispersion. First, we show that the SLM meets the so-called well-mixed criterion (Thomson, 1987). This criterion, essential for any Lagrangian stochastic model to be regarded as acceptable, corresponds to the fact that if particles are initially uniformly distributed in an incompressible fluid, then they must remain so. We check the good respect of the well-mixed criterion for three cases of inhomogeneous turbulence representative of a wide range of practical applications: a mixing layer, an infinite plane channel, and an atmospheric-like case involving an obstacle within a neutral boundary layer. We show that the good respect of the well-mixed criterion lies simply in the good introduction of the pressure gradient term as the mean drift term in the Langevin model (Pope, 1987; Minier et al., 2014; Bahlali et al., 2018c). Also, we discuss the importance of consistency between Eulerian and Lagrangian fields in the framework of such Eulerian/Lagrangian hybrid formulations. Then, we validate the model in the case of continuous point source pollutant dispersion, under uniform wind and homogeneous turbulence. In these conditions, there is an analytical solution allowing a precise verification. We observe that in this case, the Lagrangian model discriminates well the two different near- and far-field diffusion regimes, which is not the case for an Eulerian model based on the eddy-viscosity hypothesis (Bahlali et al., 2018b).Finally, we work on the validation of the model on several experimental campaigns in real atmosphere, taking into account atmospheric thermal stratification and the presence of buildings. The first experimental program considered in our work has been conducted on the `SIRTA' site (Site Instrumental de Recherche par Télédétection Atmosphérique), in the southern suburb of Paris, and involves a stably stratified surface layer. The second campaign studied is the MUST (Mock Urban Setting Test) experiment. Conducted in the United States, in Utah's desert, this experiment aims at representing an idealized city, through several ranges of containers. Two cases are simulated and analyzed, respectively corresponding to neutral and stable atmospheric stratifications (Bahlali et al., 2018a)

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Zysk, Janusz. "Modeling of the atmospheric dispersion of heavy metals over Poland." Electronic Thesis or Diss., Paris Est, 2016. http://www.theses.fr/2016PESC1169.

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Abstract:

Modélisation de la dispersion atmosphérique des métaux lourds émis par l'industrie énergétique polonaise.De nombreuses études ont mis en évidence les impacts néfastes de la contamination en métaux lourds de l'atmosphère. Une attention particulière est porté au mercure, au plomb et au cadmium qui font l'objet du protocole d'Aarhus sur les métaux lourds (1998). Les parties signataires (incluant la Pologne) s'obligent à réduire les émissions et à obsrver et suivre les niveaux de contamination dans l'environnement.La Pologne est un des plus gros émetteurs de mercure, de plomb et de cadmium en Europe du fait de l'exploitation de centrale à charbon pour la production d'énergie. Des efforts de recherche sont à réaliser pour étudier la contamination par les métaux lourds. Les objectifs de ce travail sont :• de développer et utiliser un modèle pour représenter la dispersion atmosphérique du mercure dans la plate-forme de modélisation numérique Polyphemus.• d'étudier la dispersion en Europe et en Pologne des émissions du secteur de l'industrie énergétique.Pour satisfaire ces objectifs un nouveau schéma chimique pour le mercure a été implémenté dans la plate-forme de modélisation numérique Polyphemus. Une revue de la littérature scientifique a montré que la chimie du mercure restait mal connue. Cela implique des différences dans les modèles établis jusqu'à présent. Ceux-ci diffèrent également de par leur façon de représenter les processus de retrait de l'atmosphère. Le mercure gazeux élémentaire (GEM) présente des concentrations relativement uniformes dans l'espace. Les concentrations des formes oxydées et les dépôts au contraire présentent de forts gradients dans l'espace.Ce travail a mis en évidence la sensibilité des résultats à plusieurs composantes du modèle. Dans le schéma chimique, les chemins d'oxydation du GEM par le radical hydroxyle, l'ozone et les composés bromés dominent en phase gazeuse. En phase aqueuse les réactions de réduction dominent. Toutes ces réactions ont un impact critique sur les concentrations et les dépôts des formes oxydées du mercure mais faible sur le GEM. Dans ce modèle, le dépôt sec du GEM est un des principaux processus de retrait du mercure atmosphérique. Ce relativement fort flux de dépôt de GEM diffère significativement des précédents modèles qui souvent néglige ce processus. Il a également était mis en évidence que les flux de dépôt humide sont sensibles aux paramètres du modèle de lessivage.Les résultats de simulation montrent que l'industrie énergétique est responsable de 80% des dépôts humides de mercure près des grosses sources ponctuelles. La contribution des émissions nationales sur l'ensemble du pays se limite toutefois à un peu plus de 21% pendant l'hiver, lorsque de grandes quantités de charbon sont brûlées. L'impact des émissions de cadmium et de plomb est comparativement plus faible. Les simulations montrent un impact maximal de 30% et 10% pour le cadmium et le plomb respectivement à proximité des sources.De manière générale de plus nombreuses observations de concentrations et de dépôt de métaux lourds seraient utiles pour une meilleure évaluation des modèles Modelling of atmospheric transport of heavy metals emitted from Polish power sectorMany studies have been conducted to investigate the atmospheric heavy metals contamination and its deposition to ecosystems. The increasing attention to mercury pollution has been mainly driven by the growing evidence of its negative impacts on wildlife, ecosystems and particularly human health. Lead and cadium are also toxics which are being emitted into the atmosphere by anthropogenic as well as natural sources. The harmful influence of these three heavy metals was underlined in the Aarhus Protocol on Heavy Metals of 1998. The Parties of this protocol (including Poland) are obligated to reduce emissions, observe the transport and the amounts of lead, mercury and cadmium in the environment.Poland is one of the biggest emitter of mercury, lead and cadmium in Europe mainly due to emission from coal combustion processes. Therefore in Poland, research efforts to study the heavy metals emission, atmospheric transport, concentration and deposition are extremely important. The objectives of this work were twofold:• The practical objective was to develop and run a model to represent the atmospheric dispersion of mercury and to implement it in the air quality modelling platform Polyphemus.• The scientific objective was to perform heavy metals dispersion studies over Europe and detailed studies of the impact of the polish power sector on the air quality regarding mercury, cadmium and lead.To meet the declared aim, a new mercury chemical model was implemented into the Polyphemus air quality system. The scientific literature was reviewed regarding mercury chemistry and mercury chemical models. It can be concluded that the chemistry of mercury is still not well known. The models also differ in the way of calculating the dry and wet deposition of mercury. The elemental gaseous mercury ambient concentrations are evenly distributed, on the contrary, high variations in the spatial gradients of reactive gaseous and particulate forms of mercury air concentrations and deposition fluxes were noted.This study shows that many components of the developed model have crucial impacts on the results. In the model of mercury chemistry, the most effective pathway in the gaseous phase are the oxidation of gaseous elemental mercury by hydroxyl radical, ozone and most of all bromine oxide radicals, while in the aqueous phase the reduction reactions of elemental mercury dominate. These reactions have a crucial influence on the mass balance of reactive mercury, but a rather low influence on gaseous elemental mercury (GEM). In this model, dry deposition of gaseous elemental mercury is the prevailing process for removing mercury from the atmosphere. Dry deposition of GEM over land is equally distributed, due to almost uniform ambient concentrations. The relatively high dry deposition flux of gaseous elemental mercury has a huge influence on the presented results and differs significantly from other models where the dry deposition of GEM is often not taken into account. It was also shown that a change in the calculation of the scavenging coefficients or representative raindrop diameter for in-cloud scavenging has a significant impact on the amount of wet deposited mercury.The detailed results show that the Polish power sector can be responsible for up to 80% of wet deposited mercury near large emission sources. The contribution from national sources over whole Poland reaches 21% during the winter heating season when large quantities of coal are burned in the domestic sector and additionally the power sector activity is at its highest. The impact of emissions of cadmium and lead from the power sector is lower compared to the obtained results for mercury. The modelling results showed maximal impacts of 30% and 10% for cadmium and lead near large power sector sources on the ambient concentrations and deposition. Wider measurements of heavy metals are very much needed

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JAROSZ, Nathalie. "Étude de la dispersion atmosphérique du pollen de maïs : contribution à la maîtrise des risques de pollinisation croisée." Phd thesis, INAPG (AgroParisTech), 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007521.

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Abstract:

Le maïs est l'une des plantes les plus utilisées dans le monde. Le maïs cultivé aujourd'hui résulte de cinq siècles d'amélioration par l'homme. Les techniques d'hybridation ainsi que l'utilisation des biotechnologies ont abouti à une grande diversité de variétés de maïs, face auxquelles les croisements intervariétaux nécessitent d'être maîtrisés. En particulier, la coexistence entre maïs transgénique et non transgénique est actuellement au cœur du débat scientifique. Pour répondre à cette question, l'approche actuelle est de mesurer directement la fécondation croisée. Cependant, elle ne permet pas de fournir un outil prédictif car elle ne fait pas le lien avec les conditions de l'environnement physique, et plus particulièrement les conditions météorologiques. L'objet de ce travail est de mieux comprendre les processus de dispersion atmosphérique du pollen de maïs à l''aide d''une approche mécaniste à l'échelle de la parcelle. Dans un premier temps, un modèle mécaniste initialement développé pour étudier la dispersion atmosphérique de l'ammoniac a été adapté à la dispersion du pollen de maïs. Ensuite, pour valider le modèle, des mesures dispersion de pollen ont été effectuées.

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Jarosz, Nathalie Sophie Madeleine. "Etude de la dispersion atmosphérique du pollen de mai͏̈s : contribution à la maîtrise des risques de pollinisation croisée." Paris, Institut national d'agronomie de Paris Grignon, 2003. https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00007521.

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Abstract:

Le mai͏̈s est l'une des plantes les plus utilisées dans le monde. Le mai͏̈s cultivé aujourd'hui résulte de cinq siècles d'amélioration par l'homme Les techniques d'hybridation ainsi que l'utilisation des biotechnologies ont abouti à une grande diversité de variétés de mai͏̈s, face auxquelles les croisements intervariétaux nécessitent d'être maîtrisés. En particulier, la coexistence entre mai͏̈s transgénique et non transgénique est actuellement au cœur du débat scientifique. Pour répondre à cette question, l'approche actuelle est de mesurer directement la fécondation croisée. Cependant, elle ne permet pas de fournir un outil prédictif car elle ne fait pas le lien avec les conditions de l'environnement physique, et plus particulièrement les conditions météorologiques. L'objet de ce travail est de mieux comprendre les processus de dispersion atmosphérique, à l'échelle de la parcelle, du pollen de mai͏̈s à l'aide d'une approche mécaniste. Dans un premier temps, un modèle mécaniste initialement développé pour étudier la dispersion atmosphérique de l'ammoniac a été adapté à la dispersion du pollen de mai͏̈s. Ensuite, pour valider le modèle, des mesures dispersion de pollen ont été effectuées. Trois expérimentations au champ ont été menées à Montargis en 2000, Grignon en 2001 et enfin Sore en 2002. Les concentrations et dépôts de pollen ont été mesurées jusqu'à des distances de 400 m en aval de couverts de mai͏̈s de taille différente. Dans le même temps, les conditions micrométéorologiques ainsi que la structure du couvert ont été mesurés. L'analyse de la dynamique de libération du pollen a permis de confirmer l'existence d'un cycle diurne de l'émission mais aussi de montrer la corrélation de [sic] Maize is one of the most cultivated plants in the world. For over five centuries people have been adapting it to better fit their needs. Selective breeding, cross-breeding and more recently, genetic engineering have led to numerous varieties of maize. Cross pollination has become a subject of scientific inquiry. In relation to co-existence of genetically modified crops with conventional and organic crops, it is now a major concern. This work aims at better understanding the release and dispersion processes of maize pollen through a mechanistic approach rather than the statistical approach typically used to evaluate outcrossing. The approach in this study is twofold. Firstly, because existing data do not include enough parameters, field experiments were set up and carried out. Secondly, a mechanistic model initially developed for atmospheric ammonia dispersion was adapted to maize pollen dispersion. Three field experiments were carried out in Montargis in 2000, in Grignon in 2001 and in Sore in 2002. Pollen concentration and deposition rate measurements were taken up to 400 m downwind from different sized maize crops. Micrometeorological measurements and canopy structure were also recorded. Analysis of pollen release rate dynamics highlights the existence of a diurnal cycle of emission and shows correlation between emission and drying air. A high thermal stratification of the atmosphere is particularly favourable for pollen dispersion. However, rain or field irrigation almost suspends pollen release. The adapted model, hereafter referred to as SMOP-2D (Stochastic Mechanistic mOdel for Pollen dispersion and deposition in 2 Dimensions) is a Lagrangian stochastic model which [sic]

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Lauret, Pierre. "Modélisation de la dispersion atmosphérique sur un site industriel par combinaison d’automates cellulaires et de réseaux de neurones." Thesis, Saint-Etienne, EMSE, 2014. http://www.theses.fr/2014EMSE0745/document.

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La dispersion atmosphérique de substances dangereuses est un évènement susceptible d’entrainer de graves conséquences. Sa modélisation est primordiale pour anticiper des situations accidentelles. L’objectif de ce travail fut de développer un modèle opérationnel, à la fois rapide et précis, prenant en compte la dispersion en champ proche sur un site industriel. L’approche développée s’appuie sur des modèles issus de l’intelligence artificielle : les réseaux de neurones et les automates cellulaires. L’utilisation des réseaux de neurones requiert l’apprentissage d’une base de données de dispersion : des simulations CFD k-ϵ dans ce travail. Différents paramètres sont évalués lors de l’apprentissage : échantillonnage et architecture du réseau. Trois méthodologies sont développées :La première méthode permet d’estimer la dispersion continue en champ libre, par réseaux de neurones seuls.La deuxième méthode utilise le réseau de neurones en tant que règle de transition de l’automate cellulaire pour le suivi de l’évolution d’une bouffée en champ libre.La troisième méthode sépare la problématique : le calcul de l’écoulement est effectué par les réseaux de neurones alors que le calcul de la dispersion est réalisé par la résolution de l’équation d’advection diffusion pour le suivi de l’évolution d’un nuage autour d’un obstacle cylindrique. La simulation de cas tests non-appris avec des simulations CFD permet de valider les méthodes développées. Les temps de calcul mis en œuvre pour réaliser la dispersion sont en accord avec la cinétique d’une situation de crise. L’application à des données réelles doit être développée dans la perspective de rendre les modèles opérationnels Atmospheric dispersion of hazardous materials is an event that could lead to serious consequences. Atmospheric dispersion is studied in particular in this work. Modeling of atmospheric dispersion is an important tool to anticipate industrial accidents. The objective of this work was to develop a model that is both fast and accurate, considering the dispersion in the near field on an industrial site. The approach developed is based on models from artificial intelligence: neural networks and cellular automata. Using neural networks requires training a database typical of the phenomenon, CFD k-ϵ simulations in this work. Training the neural network is carried out by identifying the important parameters: database sampling and network architecture. Three methodologies are developed:The first method estimates the continuous dispersion in free field by neural networks.The second method uses the neural network as a transition rule of the cellular automaton to estimate puff evolution in the free field.The third method divides the problem: the flow calculation is performed by the neural network and the calculation of the dispersion is realized by solving the advection diffusion equation to estimate the evolution of a cloud around a cylindrical obstacle. For the three methods, assessment of the generalization capabilities of the neural network has been validated on a test database and on unlearned cases. A comparison between developed method and CFD simulations is done on unlearned cases in order to validate them. Simulations computing time are low according to crisis duration. Application to real data should be developed to make these models operational

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Plantamp, Alice. "Étude et modélisation du comportement chimique des aérosols issus d’un feu de sodium lors de leur dispersion atmosphérique." Thesis, Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0072/document.

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Abstract:

Dans le cadre du développement des réacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis au sodium, des études sont menées sur les conséquences d’un feu de sodium, et sur l'impact toxicologique de rejets éventuels d’aérosols vers l’atmosphère. La carbonatation des aérosols issus d’un feu de sodium entraîne une diminution de leur toxicité, à partir de leur rejet sous forme d'hydroxyde de sodium (NaOH). L’objectif est de développer et de valider expérimentalement un modèle cinétique de carbonatation des aérosols de NaOH. L’adaptation d’un modèle cinétique basé sur l'absorption réactive du CO2 atmosphérique et par la théorie du double film permet de décrire la carbonatation des aérosols de NaOH, initialement sous forme de gouttelettes de soude. Ce modèle définit les caractéristiques initiales des aérosols de soude en équilibre avec l'atmosphère. Il a été appliqué en considérant l'absorption du CO2 à la surface externe des particules. L’ensemble des variables du modèle ont été décrites et leurs équations explicitées. La validation du modèle cinétique a motivé la mise en place d’un dispositif expérimental dédié au suivi du comportement chimique d’aérosols issus d’un feu de sodium, dans des conditions contrôlées d’atmosphère réactive et de prélèvement d’aérosols. L’exploitation des nouvelles données expérimentales montre la compétition entre l’influence de la température, de la pression partielle en eau et en CO2. La confrontation des résultats expérimentaux avec le modèle développé a permis de le valider pour des humidités relatives supérieures à 30%. Enfin, le modèle cinétique a été explicité sous la forme d’une expression analytique pour une utilisation associée aux calculs de dispersion atmosphérique As part of the development of 4th generation Sodium cooled Fast Reactors, studies are conducted on the consequences of a sodium fire, including the toxicological impact of possible releases of aerosols into the atmosphere. The carbonation of aerosols from a sodium fire results in a decreased toxicity, from their release point in sodium hydroxide (NaOH). The objective is to develop and experimentally validate a kinetics model of NaOH aerosols carbonation. The kinetic model based on the reactive absorption of atmospheric CO2 and using the double film theory enables to describe the carbonation of NaOH aerosols, initially formed as soda droplets. This model defines the initial aerosol characteristics of soda in equilibrium with the atmosphere. It is applied by considering the absorption of CO2 at the particle’s external surface. All the model variables are described and their equations explained. The validation of this kinetic model has motivated the development of an experimental device dedicated to the monitoring of physicochemical behavior of aerosols from a sodium fire with a better control of conditions of reactive atmosphere and of aerosols sampling. The new experimental data show the competition between the influence of temperature, partial pressure of water and of CO2. The comparison between the experimental results validates the kinetic model based on reactive absorption for relative humidity over 30%. Finally, the kinetic model was adapted into the form of an analytic expression for its use in association with the atmospheric dispersion calculation

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Bitane, Rehab. "Transport and density fluctuations in disordered systems : applications to atmospheric dispersion." Nice, 2012. http://www.theses.fr/2012NICE4079.

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Le transport turbulent de particules est un phénomène important qui intervient dans de nombreux processus naturels et industriels. Comprendre ses propriétés et, en particulier, la création de grandes fluctuations de densité, est fondamental pour améliorer les modèles et affiner les prévisions. Cela représente de nombreux enjeux économiques, environnementaux et de santé. Une étude Lagrangienne de la séparation de paires de traceurs a été menée en s'appuyant sur l'analyse des données de simulations numériques à très haute résolution. Elle a permis de souligner les défaillances des approches de type champ moyen qui sont à la base des modèles les plus couramment utilisés. Pour la séparation, on constate que la transition entre le régime balistique de Batchelor et le régime explosif de Richardson a lieu à des temps données par le temps moyen de dissipation de l'énergie cinétique turbulente. Aussi, il est montré que la loi de Richardson peut s'interpréter comme un comportement diffusif des différences de vitesse. Des arguments phénoménologiques permettent d'interpréter cet effet par la décorrélation de différences d'accélération et la stationnarité aux temps longs du taux local de transfert d'énergie cinétique. Les moments d'ordres élevés de la séparation et de la vitesse sont aussi étudiés pour aborder la question des «événements violents» dans la distribution des distances. Enfin, un modèle d'éjection de masse est proposé et utilisé pour examiner les fluctuations de la densité de particules lourdes transportées dans un environnement aléatoire The turbulent transport of particles is an important phenomena which appears in many natural and industrial processes. Understanding its properties, and, in particular, the creation of strong density fluctuations, is fundamental to improve models and refine forecasts. This can lead to significant benefits in issues related to economics, the environmental and health. A Lagrangian study of the tracer pair separation was carried out with the help of high resolution data analysis. This allowed us to point out the weaknesses of the mean-field approaches on which most models are based. For the separation, it is found that the transition from the regime of Batchelor (or ballistic) to that of Richardson (or explosive) occurs at times given by those typical of the turbulent kinetic energy dissipation. It is also found that Richardson’s law can be reinterpreted in terms of diffusive behaviour of the velocity differences. Phenomenological arguments allow us to explain this effect through the decorrelation of the acceleration differences and the stationarity of the kinetic energy transfer ratio at large times. The high-order moments of both separation and velocity are also investigated to address the question of "violent events" in the distribution of the distances. Finally, a one-dimensional mass ejection model is proposed and used to examine the density fluctuations of heavy particles transported by the random environment

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De, Melo Lisboa Henrique. "Contribution à la mise en oeuvre et à la validation de modèles de dispersion atmosphérique applicables aux composés odorants." Pau, 1996. http://www.theses.fr/1996PAUU3033.

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Abstract:

Dans ce travail, un logiciel applique à la dispersion de gaz odorants a été développé. Ce logiciel, nommé ODODIS (Odours Dispersion Software), est également applicable aux gaz passifs non odorants. Il applique la théorie établie par Hogstrom pour les modèles gaussiens qui considèrent la plume d'odeur sous forme de bouffées et qui donnent les fréquences de dépassement d'un certain seuil de concentration pendant une période de temps donné. Ce type de modèle peut prendre en compte le caractère instantané de la perception des odeurs par le nez humain. Différents modèles sont présentés et comparés. Ce logiciel a été développé en langage objet et est compatible avec des micro-ordinateurs. Il prend en compte les coordonnées polaires pour la détermination de la position du point de calcul des concentrations sur le terrain. Il considère aussi ces coordonnées pour le positionnement de la direction du vent. Le temps de simulation peut varier selon les intérêts de l'analyseur. Des valeurs moyennes, pour la période de simulation, peuvent être déterminées à partir de l'intégration des données instantanées générées par le modèle. Trois types d'unités peuvent être utilisés comme données d'entrée : G/S. PPB et unité d'odeurs. Des essais en vrai-grandeur in situ pour l'obtention d'une base de données applicable à la validation des modèles sont décrits, ainsi que les matériels et méthodes utilisés. Un système de génération d'atmosphères polluantes a été conçu pour les études expérimentales. Le polluant utilisé pour les essais sur le terrain a été l'acétone. La méthode analytique utilisée a été la chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse. Les données météorologiques ont été enregistrées à partir d'une station portable. Les valeurs expérimentales obtenues sont comparées aux données calculées. Les résultats de l'application de certains modèles développés dans le logiciel ODODIS ont été satisfaisants en ce qui concerne la dispersion des odeurs dans l'environnement. L'application des modèles gaussiens à la dispersion des odeurs est démontrée.

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Cécé, Raphaël. "Simulations numériques méso- et micro-échelles des circulations locales générées par des îles tropicales : cas de l’archipel de la Guadeloupe avec une application à la dispersion de polluants (WRF-LES-FLEXPART)." Thesis, Antilles-Guyane, 2014. http://www.theses.fr/2014AGUY0735/document.

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Abstract:

Ce travail est l'expression d'une volonté de chercheurs, de la Carabe d'améliorer les connaissances scientifiques méso- et micro-météorologiques appliquées aux milieux insulaires sous influence des alizés et de développer la recherche dans ces domaines.On sait que le phénomène météorologique le plus remarquable impactant les îles de la Caraïbe reste le cyclone tropical. Mais d'autres phénomènes, a des échelles inferieures, telles que les pluies intenses, les houles, la dégradation de la qualité de l'air ont une importance aigüe en termes de risques naturels ou de risques sur la sante. Ces exemples attestent la nécessité d'utiliser des méthodes de descente d'échelle pour exploiter l'information météorologique et/ou climatique de grande échelle et dériver des scenarios locaux et régionaux appliques aux territoires insulaires. Ce défi est important car l'attente d'analyses scientifiques pertinentes dans ces domaines est grande.Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour principaux objectifs la simulation numérique puis l'analyse des mécanismes méso- et micro-échelles qui induisent des circulations locales diurnes et nocturnes sur l'archipel de la Guadeloupe à l'aide de codes numériques météorologiques éprouves car largement utilises en recherche et en prévision opérationnelle.Ils constituent donc la première étude de modélisation numérique à haute résolution en basse atmosphère, par descente d'échelle dynamique, pour des intervalles d'espace compris entre 1 km et 111 m sur cet archipel.Le modelé atmosphérique Weather Research and Forecasting ARW V3.4 (WRF ARW), non-hydrostatique, a été utilise pour l'ensemble des simulations pour modéliser la troposphère depuis l'échelle globale à l'échelle de la turbulence.Trois situations météorologiques classiques réelles d'une durée de 48 heures, correspondant à 80 % des situations météorologiques observées dans la zone, alizes soutenus (AS), alizes moyens (AM), alizes faibles (AF) ont été examinées. Ces situations sont caractérisées par les valeurs du nombre de Froude local suivantes : 0,82 (AS), 0,41 (AM) et 0,21 (AF). Six domaines de modélisation ont été sélectionnés pour effectuer les descentes d'échelle dynamiques : D01 (maille de 27 km), D02 (maille de 9 km), D03 (maille de 3 km), D04 (maille de 1 km), D05 (maille de 333 m) et D06 (maille de 111 m) avec soixante-dix niveaux verticaux. Les quatre premiers domaines (D01 à D04) couvrent l'archipel de la Guadeloupe et sont utilisés en mode méso-échelle à l'aide d'un schéma d'ensemble de couche limite planétaire YSU. Les domaines D05 (couvrant l'île de la Basse-Terre et le centre de l'archipel) et D06 (couvrant la zone littorale et rurale du Petit Cul-de-Sac Marin et la zone urbaine de l'agglomération pointoise) sont utilisés en mode Large Eddy Simulation avec une fermeture de la turbulence 1,5 TKE 3D. Le modèle WRF a été forcé toutes les six heures par l'assimilation des champs d'analyses globales du modèle NCEP FNL (1° de résolution). Les simulations effectuées ont permis d'obtenir des champs de variables météorologiques 10-minutes à très hautes résolutions spatiales.Les résultats des simulations méso- et micro-échelles ont été confrontés aux valeurs expérimentales obtenues à l'aide de capteurs places sur des mâts météorologiques (campagne Atmo-Mangrov et réseau de mesure Météo-France). Il s'agissait d'optimiser l'utilisation des couplages de codes numériques tout en conservant la possibilité de les confronter aux observations expérimentales.Les résultats des simulations numériques micro-échelles, des différents cas (AS, AM, AF) sont utilisées pour forcer (c'est-à-dire définir les conditions limites) un modèle lagrangien de dispersion de particules : FLEXPART. Le système couple FLEXPART-WRF a été employé dans le domaine D06 pour étudier la dispersion du panache d'oxydes d'azote émis par la principale usine de production d'électricité de l'île The present work expresses the will of Caribbean researchers to improve the meso- and micro-meteorological scientific knowledge of the trade winds influenced island areas, and to develop research in these domains.It is well known that tropical hurricanes remain the most remarkable meteorological phenomena that affect the Caribbean islands. But some other phenomena, of smaller scale, such as intense rainfall events, swells, or air quality degradation, are of extreme importance for natural or health hazards. These examples show the need to use downscaling methods to exploit large scale meteorological or climatic information, and to obtain local and regional scenarios for the island areas. This is an important challenge, as sound scientific studies in these matters are eagerly expected. The aim of the research works exposed in the present dissertation is numerical simulation and analysis of the meso- and microscale mechanisms that induce diurnal and nocturnal local circulations in the Guadeloupe archipelago, using numerical meteorological models that are widely used in research and in operational forecasting.These works represent the first high-resolution (1 km to 111 m) numerical study of the lower atmosphere over the Guadeloupe archipelago. The Weather Research and Forecasting ARW 3.4 (WRF-ARW) model is used to simulate the troposphere from global scale to turbulence scale. Real cases of three typical weather types (80% of cases during a year) are examined during 48 hours : strong trade winds (STW), medium trade winds (MTW) and weak trade winds (WTW). These weather types are characterized by values of the local Froude number : 0.82 (STW), 0.41 (MTW) and 0.21 (WTW). Six domains have been selected for the dynamical downscaling : D01 (grid spacing of 27 km), D02 (grid spacing of 9 km), D03 (grid spacing of 3 km), D04 (grid spacing of 1 km), D05 (grid spacing of 333 m) and D06 (grid spacing of 111 m), including 70 vertical levels. The first four domains (D01 to D04) cover the Guadeloupe archipelago and are used in the meso-scale simulations with the planetary boundary layer scheme YSU (ensemble mean). Domain D05 (covering the Basse-Terre island and the middle of the archipelago) and domain D06 (covering the coastal and rural area of Le Petit Cul-de-Sac Marin and the urban area of Pointe-à-Pitre), are employed in the micro-scale simulation (LES) with the 3D TKE 1.5 order closure scheme. WRF has been 6 hourly reinitialized with the NCEP FNL global analyses (resolution of 1°). These simulations permitted to obtain 10-minutes meteorological variable fields with a very high resolution (111 m).Meso-scale and micro-scale model results have been evaluated with observational data from meteorological stations (field campaign Atmo-Mangrov, French Met Office).Once validated, the micro-scale model outputs have been used for the assimilation of the lagrangian particle dispersion model : FLEXPART. The coupling FLEXPART-WRF has been employed in domain D06, in order to analyze the dispersion of the nitrogen oxide plume emitted by the main power plant of the archipelago

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Michelot, Christophe. "Développement d'un modèle stochastique lagrangien : application à la dispersion et à la chimie de l'atmosphère." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1996. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1685_cmichelot.pdf.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est de construire un modèle stochastique lagrangien de suivi de particules prenant en compte les reactions chimiques entre les constituants présents dans 1'ecoulement considère. Une présentation succincte de différents modèles cinématiques existants fait l'objet du premier chapitre. La complexité des réactions chimiques atmosphériques est mise en evidence avec l'exemple de celles concernant les oxydes d'azote. L'approche lagrangienne est ici choisie parce qu'elle semble plus appropriee que l'approche eulerienne aux phénomènes locaux que sont la diffusion moléculaire et les reactions chimiques. La modélisation de la convection en turbulence isotrope par des modèles stochastiques lagrangiens s'appuyant sur une équation de Langevin est présentée dans le second chapitre. Afin d'etablir le lien entre les formulations lagrangienne et eulerienne, l'équation de Fokker-Planck déduite du modèle à une particule et une échelle de temps sera établie. Ce modèle est appliqué au cas d'une source linéique de température placée dans une turbulence de grille. La validation est obtenue par la comparaison des résultats numériques à des données expérimentales. Le troisième chapitre commence par un résumé des différentes extensions du modèle stochastique à une particule et une échelle de temps aux écoulements turbulents inhomogènes. Le modèle de Thomson (1987) sera retenu car il apparaîtra comme le plus rigoureux moyennant les hypothèses faites. De nombreux cas de rejets non réactifs en turbulence inhomogène sont simules, ce qui permettra de mesurer l'influence de divers paramètres sur les résultats numériques. Ce chapitre se terminera par la présentation d'un nouveau modele prenant en compte les effets de flottabilité; il sera ici appliqué au cas d'une source au sol placée dans une couche limite neutre. Le dernier chapitre est consacré aux écoulements réactifs. L'approche lagrangienne à une particule a nécessité l'utilisation d'un modèle de mélange au niveau des particules suivies. La condition que le nouveau modèle doit satisfaire pour que la densité de probabilité de la concentration relaxe vers une gaussienne en turbulence isotrope, conformément aux observations expérimentales, est établie. Le nouveau modèle à une particule et une echelle de temps prenant en compte les processus de mélange est appliqué à différents cas expérimentaux de mélange entre espèces réactantes en turbulence de grille, à savoir: une couche de mélange réactive entre ozone et monoxyde d'azote; une source linéique de monoxyde d'azote dans un écoulement principal d'ozone; une source ponctuelle de monoxyde d'azote dans un écoulement principal d'ozone The aim of this work is to build a stochastic Lagrangian model of particles tracking which takes into account chemical reactions between the different species encountered in the flow. The first chapter briefly deals with different kinematic existing models. The complexity of atmos¬pheric chemical reactions is then highlighted through the example of nitrogen oxides ones. Lagrangian approach is chosen to consider reacting flows, as it seems more appropriate than Eulerian approach to local phenomena such as diffusion and chemical reactions. The modeling of the convection in isotropic turbulence by stochastic Lagrangian models based on a Langevin equation is presented in the second chapter. In order to establish the link between Lagrangian and Eulerian formulations, the Fokker-Planck equation deduced from the one particle one time scale stochastic model is determined. This model is applied to the case of a temperature source line seeding a grid generated turbulence. The validation is performed by comparisons of the numerical results to experimental data. The third chapter begins with a summary of the different extensions of the one particle one time scale stochastic model to inhomogeneous turbulent flows. The model of Thomson (1987) will be retained as it appears to be the more rigorous relatively to the hypothesis. Many types of rejections in inhomogeneous turbulence are simulated, which will allow to check the influence of different parameters on numerical results. To end with this chapter, a model including buoyancy effects is presented and tested in the case of a ground level source in a neutral boundary layer. The last chapter is devoted to reacting flows. The one particle Lagrangian approach has needed the use of a mixing model within the tracked particles. Starting from a more general formulation than the diffusion model of Hsu h Chen (1991), the condition it has to satisfy for the concentration probability density function to relax towards a Gaussian shape in isotropic turbulence is established. The new one particle one time scale stochastic model including mixing process is successfully applied to different cases of reacting species mixing experiments in grid generated turbulence which are: a turbulent mixing layer between ozone and nitrogen monoxide; a line source of nitrogen monoxide in a main flow of ozone; a point source of nitrogen monoxide in a main flow of ozone

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Dergaoui, Hilel. "Modélisation d'une population d'aérosols multi-sources et recherche des contributions de chaque source à l'échelle urbaine avec le modèle de dispersion CHIMERE." Phd thesis, Université Paris-Est, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00806520.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est le développement et la validation d'un modèle numérique de la dynamique des particules en mélange externe et résolu en taille. Afin de suivre plusieurs compositions chimiques par classe de tailles, une nouvelle approche est présentée dans laquelle la composition chimique des particules est elle-même discrétisée suivant la fraction d'un ou plusieurs des constituants chimiques (e.g. suie, sulfate). Cette approche a pour but de mieux simuler l'évolution d'une population de particules à l'échelle locale et de particulariser des compositions chimiques typiques de certaines sources. Dans l'atmosphère, les particules interagissent essentiellement entre elles et avec les polluants gazeux par coagulation et condensation/évaporation. La première partie de la thèse a été consacrée à l'élaboration du modèle pour la coagulation, processus physique qui s'avère le plus complexe à modéliser selon notre approche du mélange externe. Dans un premier temps, les équations de la coagulation en mélange externe sont présentées et discrétisées suivant un nombre arbitraire de classe de tailles et de compositions chimiques. Plusieurs simulations numériques ont ensuite été effectuées avec ce modèle sur un même cas d'étude, en utilisant deux, trois et quatre composants chimiques. On vérifie à chaque fois que les résultats de la simulation numérique en mélange externe sont cohérents avec ceux du mélange interne du cas d'étude. Les résultats de ces simulations permettent d'apprécier l'effet de mélange de la coagulation qui produit, à partir de particules monocomposées, des particules bicomposées et tricomposées. Étant donné la complexité croissante d'un tel modèle, une attention toute particulière a été portée à l'implémentation numérique et à l'optimisation des algorithmes choisis. L'extension de cette approche à la condensation/évaporation constitue le prochain développement de ce modèle, nous en posons les bases théoriques en annexe. S'il existe aujourd'hui des données de mesure résolues en taille (SMPS), il n'y en a pas encore qui puissent être réellement validantes pour ce modèle de mélange externe, c'est-à-dire qui distinguent quantitativement plusieurs compositions chimiques par classe de taille. Aussi, dans la seconde partie de la thèse, nous avons envisagé le protocole d'une expérience en chambre permettant de mettre en évidence le mélange par coagulation de deux populations de particules de compositions différentes et d'apporter des données validantes pour le modèle développé. Deux séries d'expériences ont été menées, la première dans la chambre de grand volume CESAM et la seconde, dans le réacteur de petit volume de l'INERIS. La première série a mis en évidence l'homococagulation de chaque distribution polydispersée prise séparément et dans une moindre mesure, l'hétérocoagulation des deux distributions de nature différentes (NaBr et KBr) entre elles. La seconde série a montré la possibilité d'observer simultanément deux distributions monodispersées de particules de compositions différentes (CaSO4 et KBr), prérequis pour ce cas. Au final, les résultats de mesure se sont avérés insuffisants pour produire des données validantes pour le modèle, à cause du trop grand écart-type des distributions polydispersées dans la chambre de grand volume et à cause du dépôt au paroi qui domine dans le réacteur de petit volume. Des analyses au microscope électronique ont cependant attesté de la présence de particules issues de la coagulation entre les deux natures. A la suite des différentes expériences menées, nous revenons sur le protocole envisagé et proposons quelques pistes d'améliorations

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Lesouëf, Dorothée. "Étude numérique des circulations locales à la Réunion : application à la dispersion de polluants." Phd thesis, Université de la Réunion, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00633096.

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Abstract:

Les régimes dynamiques dans les basses couches de l'atmosphère à l'île de la Réunion sont conditionnés par l'action du relief et du rayonnement sur l'écoulement synoptique. L'île est située en permanence dans le flux des alizés de sud-est et son relief élevé, culminant à 3000 m dans le centre de l'île et 2600 m au sud, constitue un obstacle important pour l'écoulement moyen. Le relief, le chauffage différentiel des pentes et le contraste thermique avec l'océan influent sur les échanges locaux entre la couche limite marine et la troposphère libre.L'analyse des phénomènes complexes de l'écoulement atmosphérique au niveau de l'île a pour but initial de caractériser les transferts de polluants émis localement. Cette étude a deux applications : * La première rentre dans le cadre préparatoire à la mise en place, à 2200 m d'altitude sur le Piton Maïdo, de l'observatoire atmosphérique de l'OPAR, à l'horizon 2011. L'objectif est de comprendre les circulations locales induites par le relief et les transports associés afin de discriminer d'éventuelles pollutions par les sources locales sur le signal qui sera mesuré in situ au sommet du Maïdo.* La seconde vise à étudier la diffusion des panaches volcaniques du Piton de la Fournaise. L'éruption majeure d'avril 2007 du volcan réunionnais a montré que des panaches pouvaient générer d'importantes pollutions dans diverses parties de l'île allant jusqu'à poser de réels problèmes environnementaux et de santé publique.Ces applications s'appuient sur une étude par modélisation numérique à haute résolution des écoulements atmosphériques dans les basses couches au niveau de l'île, au moyen du modèle météorologique de recherche MésoNH, permettant de conduire un ensemble de simulations sur cas idéalisés puis sur cas réels avec diffusion de traceurs passifs.

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Azouz, Niramson. "Modélisation des flux d'ammoniac aux échelles locale et régionale dans des paysages hétérogènes : application à l’évaluation des dépassements des charges critiques." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066030/document.

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Abstract:

La dispersion et le transport atmosphérique d'ammoniac (NH3) émis par les sources agricoles et son dépôt sec sur le sol et la végétation peuvent entraîner la dégradation des écosystèmes sensibles, ainsi que l'acidification des sols. Les concentrations atmosphériques et les dépôts secs de NH3 sont généralement plus élevés à côté des sources d'émission, et les impacts environnementaux sur les écosystèmes sensibles sont souvent les plus importants à ces endroits. Pour mieux évaluer les impacts et leur étendue à l’échelle de paysages agricoles, des revues scientifiques sur les méthodes d'évaluation des impacts de NH3 ont recommandé une comparaison entre différents types de modèles à différentes échelles spatiales. Dans ce contexte, nous avons comparé les flux de NH3 simulés par deux modèles de dispersion, de transport et de dépôt par voie atmosphérique (CHIMERE et OPS-ST), pour différents scénarios théoriques et semi-réels et pour différentes tailles de maille des modèles. Les résultats de simulations montrent que les dépôts secs annuels de NH3, moyennés sur le domaine d’étude, sont comparables pour des tailles de maille correspondant aux tailles pour lesquelles les modèles ont été conçus. Cela implique que les modèles eulériens fonctionnant à des résolutions kilométriques peuvent être utilisés pour simuler l’impact du NH3 sur la composition chimique de l’atmosphère. Les résultats divergent entre les modèles à proximité des sources. Les conditions météorologiques et la taille des mailles sont les facteurs ayant les effets les plus marqués sur les résultats des deux modèles. Enfin, nos résultats montrent que la détection des dépassements de charges critiques à proximité des sources est mieux représentée avec OPS-ST qu’avec CHIMERE, avec lequel on observe une surestimation des surfaces dépassant les charges critiques Short-range atmospheric dispersion of ammonia emitted by agricultural sources and its subsequent deposition to soil and vegetation can lead to the degradation of sensitive ecosystems as well as soil acidification. Atmospheric concentrations and dry depositions rates of NH3 are generally higher near the emission source and environmental impacts on sensitive ecosystems are often largest at these locations. To better evaluate the impacts and their extent at the agricultural landscapes scale, scientific reviews of NH3 assessment methods recommended a comparison between different types of models at different spatial scales. In this context, we compared NH3 fluxes simulated by two atmospheric dispersion, transport and deposition models (CHIMERE and OPS-ST) for different theoretical and semi-real scenarios and for different grid cell sizes. The simulation results show that the averaged NH3 dry deposition over the investigated domains is comparable for grid cell sizes for which the models were designed. This implies that eulerian models with a km scale horizontal resolution can be used for studying the larger scale impact of NH3 on atmospheric composition despite an inadequate treatment of near source dry deposition, for which the models diverge. Meteorological conditions and grid cell size are the factors having the strongest effects on the results of the two models. NH3 dry deposition predictions can be used to map critical load exceedances, our results show that the detection of these exceedances near to the sources is better represented with OPS-ST than with CHIMERE, the latter showing an overestimation of the surfaces exceeding critical loads

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Dargent, Christine. "Contribution à la modélisation de la dispersion de polluants : étude de sillages autour d'obstacles de forme parallélépipédique." Toulouse, INPT, 1996. http://www.theses.fr/1996INPT053H.

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Cette etude est une contribution a la modelisation du phenomene de dispersion de polluants dans la couche limite atmospherique urbaine. La premiere partie est consacree a la presentation de la couche limite atmospherique et des problemes de pollution urbaine. La simulation numerique est abordee dans la deuxieme partie. Une demarche progressive a ete adoptee afin de mettre en evidence certains parametres caracteristiques. L'importance du maillage et des conditions limites a ete etudiee sur des cas d'ecoulements autour de geometries simples. Cela a permis de montrer que, pour limiter la diffusion numerique et les erreurs de calcul, un raffinement du maillage suivant la direction verticale est plus efficace que suivant la direction longitudinale. Le modele de turbulence aux contraintes de reynolds a ete teste dans ces memes configurations d'ecoulements. L'influence de la taille des obstacles et de leur nombre sur la structure dynamique des ecoulements a ete consideree, en particulier sur les longueurs de recirculation qui correspondent a d'eventuelles zones d'accumulation de polluants. Lors de l'etude 3d d'un rejet de polluant et de sa dispersion autour d'un obstacle cubique, une modification du terme de diffusion turbulente dans l'equation du transport de la concentration a ete introduite afin de tenter d'ameliorer la diffusion verticale et transversale. Enfin, une etude en transitoire a permis de prendre en compte les phenomenes instationnaires dans le cas d'un ecoulement autour d'un cylindre de section carree. Pour des angles d'incidence superieurs a 20, le vortex shedding a ete correctement reproduit. Pour des angles plus petits, une perturbation a ete introduite afin de tenter de diminuer l'influence de la diffusion numerique. D'apres la comparaison des champs de concentration obtenus par des simulations stationnaires et instationnaires pour cette configuration d'ecoulement, la prediction correcte des regions a risque lors d'un evenement de pollution necessite la prise en compte des phenomenes instationnaires

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Azouz, Niramson. "Modélisation des flux d'ammoniac aux échelles locale et régionale dans des paysages hétérogènes : application à l’évaluation des dépassements des charges critiques." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066030.

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La dispersion et le transport atmosphérique d'ammoniac (NH3) émis par les sources agricoles et son dépôt sec sur le sol et la végétation peuvent entraîner la dégradation des écosystèmes sensibles, ainsi que l'acidification des sols. Les concentrations atmosphériques et les dépôts secs de NH3 sont généralement plus élevés à côté des sources d'émission, et les impacts environnementaux sur les écosystèmes sensibles sont souvent les plus importants à ces endroits. Pour mieux évaluer les impacts et leur étendue à l’échelle de paysages agricoles, des revues scientifiques sur les méthodes d'évaluation des impacts de NH3 ont recommandé une comparaison entre différents types de modèles à différentes échelles spatiales. Dans ce contexte, nous avons comparé les flux de NH3 simulés par deux modèles de dispersion, de transport et de dépôt par voie atmosphérique (CHIMERE et OPS-ST), pour différents scénarios théoriques et semi-réels et pour différentes tailles de maille des modèles. Les résultats de simulations montrent que les dépôts secs annuels de NH3, moyennés sur le domaine d’étude, sont comparables pour des tailles de maille correspondant aux tailles pour lesquelles les modèles ont été conçus. Cela implique que les modèles eulériens fonctionnant à des résolutions kilométriques peuvent être utilisés pour simuler l’impact du NH3 sur la composition chimique de l’atmosphère. Les résultats divergent entre les modèles à proximité des sources. Les conditions météorologiques et la taille des mailles sont les facteurs ayant les effets les plus marqués sur les résultats des deux modèles. Enfin, nos résultats montrent que la détection des dépassements de charges critiques à proximité des sources est mieux représentée avec OPS-ST qu’avec CHIMERE, avec lequel on observe une surestimation des surfaces dépassant les charges critiques Short-range atmospheric dispersion of ammonia emitted by agricultural sources and its subsequent deposition to soil and vegetation can lead to the degradation of sensitive ecosystems as well as soil acidification. Atmospheric concentrations and dry depositions rates of NH3 are generally higher near the emission source and environmental impacts on sensitive ecosystems are often largest at these locations. To better evaluate the impacts and their extent at the agricultural landscapes scale, scientific reviews of NH3 assessment methods recommended a comparison between different types of models at different spatial scales. In this context, we compared NH3 fluxes simulated by two atmospheric dispersion, transport and deposition models (CHIMERE and OPS-ST) for different theoretical and semi-real scenarios and for different grid cell sizes. The simulation results show that the averaged NH3 dry deposition over the investigated domains is comparable for grid cell sizes for which the models were designed. This implies that eulerian models with a km scale horizontal resolution can be used for studying the larger scale impact of NH3 on atmospheric composition despite an inadequate treatment of near source dry deposition, for which the models diverge. Meteorological conditions and grid cell size are the factors having the strongest effects on the results of the two models. NH3 dry deposition predictions can be used to map critical load exceedances, our results show that the detection of these exceedances near to the sources is better represented with OPS-ST than with CHIMERE, the latter showing an overestimation of the surfaces exceeding critical loads

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Pandya, Nishant. "Analyse de sensibilité paramétrique d’un outil de modélisation des conséquences de scénarios d’accidents. Application à la dispersion atmosphérique de rejets avec le logiciel Phast." Thesis, Toulouse, INPT, 2009. http://www.theses.fr/2009INPT031G/document.

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Abstract:

L’objectif de la thèse est d’effectuer l’analyse de sensibilité paramétrique du logiciel Phast de modélisation de la dispersion atmosphérique de gaz toxiques et/ou inflammables. La technique a consisté à coupler Phast et l’outil d’analyse de sensibilité SimLab, ce qui permet d’exécuter automatiquement un grand nombre de simulations en faisant varier l’ensemble des paramètres du modèle de façon simultanée. La méthode d’analyse de sensibilité globale choisie, E-FAST, est basée sur l’analyse de la variance des sorties du modèle pour le calcul des indices de sensibilité. Nous avons étudié des scénarios de rejet continus pour six produits différents (monoxyde d’azote, ammoniac, chlore, azote, n-hexane et fluorure d’hydrogène), sélectionnés pour couvrir une large gamme de caractéristiques physiques et de conditions de stockage. L’analyse du modèle de dispersion de Phast, Unified Dispersion Model, a été séparée en deux étapes : étape de « screening » avec pour but de comparer l’influence de l’ensemble des paramètres puis étude de l’influence globale des paramètres de modélisation, autres que les paramètres météo et du terme source, sur une plage large de valeurs. Pour chaque produit, nous avons décomposé les scénarios de base en sous-scénarios correspondant à des conditions de rejet différentes. Ce travail a notamment permis de classifier les paramètres du modèle selon leur degré d’influence sur la variabilité de différentes sorties et d’effectuer une analyse comparative par produit indiquant, pour des conditions de rejet données, quels paramètres sont les plus influents sur les sorties. Une étude complémentaire a consisté à effectuer une analyse de sensibilité locale de ces paramètres autour de leur valeur par défaut We have undertaken a parametric sensitivity analysis of the Phast software tool’s models for atmospheric dispersion of toxic and/or inflammable gases. We have coupled Phast with the sensitivity analysis tool SimLab, and have automated the execution of a large number of simulations while varying simultaneously selected model parameters. The global sensitivity analysis method used, E-FAST, is based on analysis of the variance of model outputs, and allows us to estimate sensitivity indices. We have studied continuous release scenarios for six different products (nitric oxide, ammonia, chlorine, nitrogen, n-hexane and hydrogen fluoride), which were chosen to cover a wide range of physical characteristics and storage conditions. Our analysis of Phast’s Unified Dispersion Model comprises two phases: a screening phase which allows the sensitivity of a wide range of parameters to be compared, followed by a phase focusing on the sensitivity of internal model parameters (excluding weather and source term variables), over a wide input range. For each product, we have broken down base-case scenarios into a number of sub-scenarios corresponding to different release conditions. This work has allowed us to rank model parameters according to their influence on the variability of a number of model outputs. It also includes a per-product comparative analysis indicating, for each release condition studied, which parameters have the most influence on the outputs. In the final part of the work, we have analyzed the local sensitivity of these parameters in a narrow range around their default values

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Rajaona, Tovoarinjara. "Raffinement local de maillage avec une méthode de décomposition de domaine : application au calcul de la dispersion des polluants dans le voisinage d'une source." Rouen, 2000. http://www.theses.fr/2000ROUES038.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est de développer une méthode qui puisse améliorer la précision des simulations numériques dans le voisinage des sources de polluants, typiquement une agglomération, par le biais d'un raffinement local de maillage. Ceci a été réalisé grâce au développement d'une méthode de décomposition de domaine basée sur l'algorithme ADN (Adaptive Dirichlet-Neumann) qui tient compte de la direction de l'écoulement aux interfaces entre les sous-domaines. Les cas-tests académiques effectués permettent de vérifier la faisabilité de la méthode et de constater l'amélioration de la précision obtenue avec le raffinement local. En particulier, la simulation d'un scénario académique de pollution photochimique avec une source rectiligne continue montre un aperçu de l'influence de la résolution spatiale sur la description des espèces. L'application du modèle à un scénario de pollution photochimique sur la région Île-de-France montre une bonne concordance des résultats avec les observations. Une étude de sensibilité de la répartition des NOx à la résolution spatiale montre que l'on peut avoir une différence sensible (10-30%) entre la solution grossière et la solution localement raffinée à l'heure de pointe du matin au voisinage des grandes sources d'émissions, en l'occurence les boulevards périphériques. La méthode de décomposition de domaine étant conceptuellement compatible avec l'utilisation du calcul parallèle, la parallélisation du code de calcul dans le contexte du raffinement local a été initiée. Les passages de données, plus complexes, sont décrits et les premiers résultats obtenus permettent d'envisager de poursuivre dans cette voie.

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Le, Roy Pascal. "Cascade inverse et dispersion turbulente en turbulence bidimensionnelle." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1988. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00529772.

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Abstract:

Cette thèse étudie la turbulence bidimensionnelle au moyen de simulations numériques. La turbulence bidimensionnelle intéresse surtout les météorologues et les océanographes car elle constitue une première approximation de leurs écoulements. Mon travail sur le modèle de turbulence bidimensionnelle du Laboratoire de Météorologie Dynamique a consisté à la fois en l'amélioration du modèle et la réalisation de diverses expériences sur ce modèle. La principale amélioration apportée au modèle est la mise au point d'une bonne modélisation de la cascade inverse d'énergie, i.e. une simulation plus réaliste des plus grandes échelles de l'écoulement. Les expériences réalisées sur ce modèle amélioré concernent la dispersion (absolue ou relative), i.e. nous simulons l'advection de flotteurs lagrangiens par l'écoulement. Les résultats obtenus diffèrent sensiblement des conjectures théoriques et nous obligent à envisager une approche différente de la dispersion turbulente. J'ai ajouté le travail d'une année, réalisé comme scientifique du contingent à l'Institut de Mécanique de Grenoble, sur les instabilités qui se développent dans une couche de mélange bidimensionnelle.

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Sapolin, Bertrand. "Construction d'une méthodologie d'évaluation statistique des logiciels de dispersion atmosphérique utilisés en évaluation de risque NRBC et développement d'un modèle d'estimation de l'incertitude des résultats." Paris 7, 2011. http://www.theses.fr/2011PA077217.

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Abstract:

La dispersion atmosphérique intentionnelle ou accidentelle de substances toxiques d'origine nucléaire, radiologique, biologique ou chimique (NRBC) peut avoir des conséquences sanitaires graves. Pour les estimer, l'évaluation de risque NRBC s'appuie, entre autres, sur des modèles d'écoulement/dispersion atmosphérique. En calculant l'évolution spatio-temporelle de la concentration en polluant, ces modèles permettent de quantifier l'effet toxique potentiel sur l'homme. Les évaluer suppose de comparer leurs résultats à des données expérimentales. Or, les méthodologies existantes de comparaison modèle/expérience ont deux défauts : d'une part elles sont inadaptées au contexte d'évaluation de risque NRBC, et d'autre part elles sont biaisées car elles reposent sur des comparaisons directes modèle/expérience. La turbulence dans la couche limite atmosphérique introduit une composante aléatoire importante dans les observations, donc un écart inévitable au résultat de modèle, fût-il « parfait ». Dans cette thèse, deux outils sont construits pour combler ces lacunes. Le premier est une méthodologie de comparaison modèle/expérience spécifiquement adaptée à l'évaluation de risque. Le second est un modèle statistique empirique de calcul de l'incertitude des résultats de simulation. Associé à un modèle de dispersion probabiliste, le modèle statistique proposé permet de calculer une enveloppe de réponse plutôt qu'un résultat « moyen » unique, celui-ci étant peu exploitable malgré son omniprésence dans les évaluations de risques actuelles. Utilisés conjointement, les deux outils développés dans cette thèse donnent à la comparaison modèle/expérience l'objectivité souhaitée Atmospheric dispersion of contaminated clouds following deliberate or accidental releases of CBRN (chemical, biological, radiological, nuclear) toxic substances may have serious health impacts. In order to estimate them, CBRN risk assessment activities rely, among other things, on atmospheric dispersion models. These models compute the concentration field of pollutant in order to quantify potential adverse effects on human population. They need to be evaluated, which means their outputs have to be compared to experimental data within an appropriate methodology. Now, existing evaluation methodologies have two flaws: firstly they are not suited to risk assessment, and secondly their results may be somewhat arbitrary because they are based on direct comparisons between observations and model results. Turbulence in the atmospheric boundary layer introduces a large random component in the observations, and thus an inevitable gap between observations and model results, be the latter "perfect". In this thesis two tools have been built to fix these issues. The first one is an evaluation methodology suitable for the risk assessment context. The second one is an empirical statistical model meant to estimate the uncertainty in the simulation results. It can be associated to an atmospheric dispersion model with probabilistic capabilities in order to produce an envelop of the answer rather than a unique "average" result, the latter being of little use despite its omnipresence in current risk assessment studies. When used jointly, the two tools developed in this thesis enable model/experiment comparisons to be more objective and less subject to experimental randomness

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Tignat-Perrier, Romie. "Facteurs de structuration des communautés microbiennes de la couche limite atmosphérique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAU034.

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Abstract:

La couche limite planétaire est la couche atmosphérique la plus basse qui est en interaction directe et constante avec les surfaces terrestres et marines sur lesquelles se concentrent les activités humaines, les cultures et divers écosystèmes. Comprendre l’origine de sa composition à la fois chimique et microbiologique est fondamental dans notre étude approfondie de la biosphère. Alors que les microorganismes de la couche limite planétaire – retrouvés jusqu’à 106 cellules par mètre cube d’air – semblent varier significativement à l’échelle spatiale et temporelle en termes de concentration et de diversité, ils restent largement méconnus. L’objectif principal de cette thèse est de comprendre comment se structurent les communautés microbiennes dans la troposphère, et en particulier dans la couche limite planétaire, ainsi que d’identifier les facteurs de contrôle majeurs. En travaillant sur des échantillons collectés pendant plusieurs semaines sur neuf sites répartis sur la planète, et en utilisant les technologies de séquençage ADN haut-débit, nous avons étudié la composition taxonomique et fonctionnelle des communautés microbiennes de la phase gazeuse et solide de l’atmosphère (c’est-à-dire non associés aux nuages).Nos premiers résultats sur la taxonomie des communautés microbiennes révèlent que les surfaces proches des sites sont les contributeurs principaux de distribution des communautés microbiennes atmosphériques, malgré l’occurrence potentielle du transport longue-distance des microorganismes atmosphériques. Egalement, les conditions météorologiques combinées à la diversité des surfaces locales terrestres ou océaniques jouent un rôle important dans la variation temporelle de la structure des communautés microbiennes de la couche limite planétaire. Une deuxième étude nous a permis d’étudier davantage la variation temporelle des communautés microbiennes atmosphériques sur un site continental montagneux en France (1465 m d’altitude) sur une année complète. Cette étude révèle l’importance des conditions de surface des paysages aux alentours dans la composition taxonomique des communautés atmosphériques. L’évolution au cours de l’année des terres agricoles et de la végétation, qui composaient en majeure partie le paysage du site, était responsable du changement temporel observé dans la composition taxonomique des communautés microbiennes atmosphériques. Finalement, nous avons étudié la composition fonctionnelle des communautés microbiennes de la couche limite planétaire afin d’identifier si les conditions physiques et chimiques de l’atmosphère jouaient un rôle dans la sélection ou adaptation microbienne des microorganismes atmosphériques. L’analyse comparative de données métagénomiques ne révèle pas de signature atmosphérique spécifique du potentiel fonctionnel des communautés microbiennes atmosphériques. La composition fonctionnelle semble avant tout liée aux écosystèmes locaux. Toutefois, nous avons observé que les champignons étaient plus dominants relativement aux bactéries dans l’air comparativement aux autres écosystèmes. Ce résultat suggère un processus de sélection des champignons durant l’aérosolisation et/ou le transport aérien. Les champignons pourraient survivre davantage l’aérosolisation et le transport aérien comparativement aux bactéries du fait de leur résistance naturelle aux conditions physiques stressantes de l’atmosphère. Nos résultats ont apporté une meilleure compréhension des facteurs déterminants (c’est-à-dire les surfaces locales, les sources distantes, les conditions météorologiques locales, les conditions physiques stressantes de l’atmosphère) et de leur contribution dans la structuration des communautés microbiennes de la couche limite atmosphérique. Nos investigations constituent une base importante pour de nouvelles études sur la prévision et le contrôle des communautés microbiennes atmosphériques, afin de répondre à des questions majeures dans les domaines de la santé publique et de l’agronomie Up to 106 microbial cells per cubic meter are found in suspension in the planetary boundary layer, the lowest part of the atmosphere. Direct influences of the planetary boundary layer on humans, crops and diverse ecosystems like soils and oceans make the full understanding of its composition, both chemical and microbiological, of utmost importance. While microbial communities of the planetary boundary layer vary significantly at different temporal and spatial scales, they remain largely unexplored. The main goal of this thesis was to understand how airborne microbial communities are structured in the troposphere with special emphasis on the planetary boundary layer and to identify their main controlling factors. We investigated both the taxonomic and functional composition of airborne microbial communities in the dry phase (i.e. not cloud-associated) over time at nine different geographical sites around the world using high throughput sequencing technologies.Our investigation that focused on microbial taxonomy showed that local landscapes were the main contributors to the global distribution of airborne microbial communities despite the potential occurrence of long-range transport of airborne microorganisms. We also observed that meteorology and the diversity of the surrounding landscapes played major roles in the temporal variation of the microbial community structure in the planetary boundary layer. We further explored the temporal variation of airborne microbial communities at a continental and mountainous site in France (1465 m above sea level) over a full-year. This study demonstrated the importance of the surface conditions (i.e. vegetation, snow cover etc.) of the surrounding landscapes on the taxonomic composition of airborne microorganisms. The seasonal changes in agricultural and vegetated areas, which represented a significant part of the site’s surrounding landscape, were correlated to the shifts in the taxonomic composition of airborne microbial communities during the year. Finally, we investigated the functional composition of microbial communities of the planetary boundary layer to identify whether the physical and chemical conditions of the atmosphere played a role in selection or microbial adaptation of airborne microorganisms. The comparative metagenomic analysis did not show a specific atmospheric signature in the functional potential of airborne microbial communities. To the contrary, their functional composition was mainly correlated to the underlying ecosystems. However, we also showed that fungi were more dominant relatively to bacteria in air as compared to other (planetary bound) ecosystems. This result suggested a selective process for fungi during aerosolization and/or aerial transport and that fungi might likely survive aerosolization and/or aerial transport better than bacteria due to their innate resistance to stressful physical conditions (i.e. UV radiation, desiccation etc.). Our results provide a clearer understanding of the factors (i.e. surrounding landscapes, distant sources, local meteorology, and stressful physical atmospheric conditions) that control the distribution of microbial communities in the atmospheric boundary layer. Our investigations provide a basis for further studies on the prediction and even control of airborne microbial communities that would be of interest for public health and agriculture

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Pagnon, Stéphane. "Stratégies de modélisation des conséquences d’une dispersion atmosphérique de gaz toxique ou inflammable en situation d’urgence au regard de l’incertitude sur les données d’entrée." Thesis, Saint-Etienne, EMSE, 2012. http://www.theses.fr/2012EMSE0671/document.

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Abstract:

En cas d’accident impliquant des produits chimiques, il peut être fait appel à des experts pour évaluer les effets générés par cet accident. Ces experts fournissent des distances d’effets à l’aide de modélisations informatiques et sont confrontés à une difficulté majeure : peu d’éléments à leur disposition pour caractériser la situation.L’objectif de cette thèse est de proposer une méthodologie permettant de prendre en compte les incertitudes relatives aux données d’entrée dans les modélisations effectuées en situation d’urgence tout en restituant de manière explicite cette incertitude au gestionnaire de la situation d’urgence.Une première phase a consisté à évaluer, pour une situation à même de générer un nuage toxique ou explosible, la dispersion des résultats des modélisations. Il a été établi une hiérarchisation des variables d’entrée en fonction de leur influence sur le résultat final. Cette phase a été réalisée au moyen d’une analyse de sensibilité dont la stratégie a été spécifiquement développée.Une seconde phase a eu pour but d’établir une méthodologie d’estimation des distances d’effets en situation d’urgence en tenant compte du niveau d’incertitude des variables d’entrée. Une méthodologie de classification opérationnelle des données d’entrée a été réalisée. Elle s’appuie sur deux critères : la sensibilité du modèle au paramètre d’entrée et l’incertitude sur sa valeur (imprécision ou variabilité). Sur cette base, une nouvelle manière d’utiliser ces variables a été proposée. Enfin, différentes façons de restituer de manière opérationnelle les résultats des modélisations ont été proposées During accidents involving chemicals, experts can be asked to assess the effects generated. These experts provide distance effects using computer modeling and are faced with a major difficulty: little (or no) information available in order to assess the situation.The objective of this thesis is to suggest a methodology able to take into account uncertainties in the input data for the modeling carried out in emergency situations and to return explicitly these uncertainties to the manager of the crisis.A first step was to evaluate, for a given situation generating a toxic or flammable cloud, the dispersion of modeling results. A ranking of the input variables according to their influence on the final result was established. This phase was carried out on the basis of a sensitivity analysis with a specifically developed strategy.A second phase aimed to establish a methodology for estimating distance effects (in crisis situations), which takes into account the level of uncertainty in the input variables. A methodology for the classification of input operational data was carried out. This methodology is based on two criteria: the sensitivity of the model to the input parameter and the uncertainty about its value (imprecision or variability). On this basis, a new way of using these variables was suggested. Finally, several methods aimed to restore explicitly the results of this modeling were suggested

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Gamel, Hervé. "Caractérisation expérimentale de l'écoulement et de la dispersion autour d'un obstacle bidimensionnel." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2015. http://www.theses.fr/2015ECDL0002/document.

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Abstract:

Depuis une dizaine d’années, l’évolution de la puissance des ordinateurs a permis de développer l’utilisation, dans les études d’ingénierie, des simulations 3D CFD (Computational Fluid Dynamics) pour l’étude de l’atmosphère à petite échelle, en particulier pour la dispersion de polluants sur des sites industriels et urbains complexes. Compte tenu de la complexité des domaines à étudier et des ressources de calcul généralement disponibles, ces études sont la plupart du temps réalisées à l’aide des modèles RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes), et particulièrement avec le modèle de fermeture k – e. Différents travaux de validation de l’approche RANS k – e ont mis en évidence quelques limitations à reproduire la dynamique de l’écoulement et de la dispersion dans des configurations géométriques complexes. Le travail de recherche réalisé dans le cadre de cette thèse a pour objectif une caractérisation expérimentale fine de l’écoulement et de la dispersion turbulente autour d’un obstacle bidimensionnel placé dans une couche limite de surface, afin d’évaluer la validité des modèles RANS en vue de leur application pour l’étude de la dispersion atmosphérique.Dans un premier temps, nous avons utilisé des techniques d’anémométrie à fil chaud, d’anémométrie laser Doppler et d’anémométrie par image de particules, pour déterminer le champ de vitesse dans une couche limite de surface rugueuse et autour d’un obstacle bidimensionnel de section carrée. Une attention particulière a été portée sur l’analyse des termes de l’équation évolutive de l’énergie cinétique turbulente (ECT) et sur la détermination de la viscosité turbulente vt. Différentes approches ont également été utilisées pour estimer le taux de dissipation e de l’énergie cinétique turbulente. Nous avons mis en évidence que ces différentes approches fournissent des résultats comparables dans le cas de la couche limite, tandis que seule la technique estimant e comme le résidu de l’ECT est applicable dans le sillage de l’obstacle. De plus, nos mesures ont permis d’évaluer les paramétrisations du modèle k – e et de montrer que la valeur du coefficient Cμ = 0.09 ne semble pas adaptée dans le cas de la couche limite, conduisant à une surestimation de vt, alors que cette valeur apparait plus adaptée dans le cas de l’obstacle. Une étude de sensibilité, portant la détermination de la constante σk du modèle k – e, indique une contribution non négligeable des termes de corrélation entre la vitesse et la pression dans le sillage de l’obstacle.Dans un deuxième temps, nous avons étudié la dispersion d’un scalaire passif, en mesurant les différents moments statistiques de la concentration, au moyen d’un détecteur à ionisation de flamme. Nous avons également déterminé les flux turbulents de masse, par un couplage entre les mesures de vitesse et de concentration, en prenant soin de contrôler les influences réciproques des deux techniques de mesure. Ces mesures nous ont permis de tester la validité de différents modèles de fermeture de l’équation d’advection-diffusion pour estimer les flux dans le sens vertical et dans le sens longitudinal. Nous avons également pu déterminer expérimentalement le coefficient de diffusivité turbulente Dt, nous permettant d’évaluer un nombre de Schmidt turbulent Sct, afin de mettre en évidence que la valeur Sct = 0.7 est adaptée à la majorité des zones étudiées, excepté dans la zone de recirculation induite par l’obstacle. Enfin, nous nous sommes intéressés aux différents termes de l’équation de la variance de la concentration et plus particulièrement à son taux de dissipation. À nouveau, les mesures nous ont permis de tester un modèle de fermeture disponible dans la littérature et de montrer la bonne cohérence entre le modèle et l’expérience In the last decades, there has been an increasing use of Computational Fluid Dynamics (CFD)simulations to evaluate the impact of atmospheric pollutants dispersion in within industrial and urban sites. Given the high geometrical complexity of these sites, these simulations are mainly performed adopting a Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) approach and using k−e closure models. As is well known from previous studies, RANS k−e simulations are affected by some limitations that prevent them correctly reproducing the dynamics of the flow and the pollutant dispersion in complex geometrical configurations. The aim of the PhD is to provide a detailed experimental characterization of the flow and the turbulent dispersion around an idealized two-dimensional obstacle placed within a boundary layer flow. This is subsequently used to analyse the reliability of RANS closure models as predictive tools for the atmospheric dispersion of airborne pollutants. Initially we focus on the flow dynamics of a boundary layer flow developing over a rough wall and in the wake of a 2D obstacle. The velocity field is investigated experimentally by means of different measurement techniques, namely Hot Wire Anemometry (HWA), Laser Doppler Anemometry (LDA) and Stereo-Particle Imagery Velocimetry (PIV). A particular attention was devoted to the estimate of the turbulent viscosity nt as well as of the terms composing the turbulent kinetic energy budget (TKE), including its rate of dissipation e which was determined adopting different approaches. These measurements allowed us to analyse the accuracy of the parameterizations included in a standard k−e closure model. Our analysis show that a value of the coefficient Cμ = 0.09 leads to significant overestimation of nt in a boundary layer flow. Conversely, adopting Cμ = 0.09 provides a good agreement between modeled and direct estimates of nt in the wake of the obstacle. As a second step, we studied the dispersion of a passive scalar emitted by a ground level line source. To that purpose we measured the first four order moments of the concentration probability density function by mean of a flame ionization detector (FID). Furthermore, the coupling of the FID system with the LDA or HWA system allowed us to directly measure the turbulent mass transfer, i.e. the correlation between velocity and concentration fluctuations. The combination of these two techniques was carefully analyzed, in order to quantify eventual mutual disturbances of one measurement technique on the other. The measurements of the velocity/concentration correlations allowed us to determine experimentally the turbulent diffusivity Dt and the turbulent Schmidt number Sct , and therefore to test the accuracy of different closure models of the advection-distribution equation. Our results show that the value of the turbulent Schmidt number is approximately equal to 0.7 in most of the domain, except in the recirculation zone on the wake of the obstacle. Experimental data provide also a complete description of the spatial distribution of the concentration variance, and of the term composing its budget (with a focus on its dissipation). As for the velocity field, we test the reliability of different closure model proposed in the literature of the turbulent mass transfer terms, enlightening the shortcomings of simple gradient-law closer models

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Bredin, Nathalie. "Étude de l'impact de la valorisation énergétique de pneus hors d'usage, dans une cimenterie, sur les émissions gazeuses par modélisation de la dispersion atmosphérique." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 1997. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk2/ftp02/NQ35761.pdf.

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Pagnon, Stéphane. "Stratégies de modélisation des conséquences d'une dispersion atmosphérique de gaz toxique ou inflammable en situation d'urgence au regard de l'incertitude sur les données d'entrée." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00844130.

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Abstract:

En cas d'accident impliquant des produits chimiques, il peut être fait appel à des experts pour évaluer les effets générés par cet accident. Ces experts fournissent des distances d'effets à l'aide de modélisations informatiques et sont confrontés à une difficulté majeure : peu d'éléments à leur disposition pour caractériser la situation.L'objectif de cette thèse est de proposer une méthodologie permettant de prendre en compte les incertitudes relatives aux données d'entrée dans les modélisations effectuées en situation d'urgence tout en restituant de manière explicite cette incertitude au gestionnaire de la situation d'urgence.Une première phase a consisté à évaluer, pour une situation à même de générer un nuage toxique ou explosible, la dispersion des résultats des modélisations. Il a été établi une hiérarchisation des variables d'entrée en fonction de leur influence sur le résultat final. Cette phase a été réalisée au moyen d'une analyse de sensibilité dont la stratégie a été spécifiquement développée.Une seconde phase a eu pour but d'établir une méthodologie d'estimation des distances d'effets en situation d'urgence en tenant compte du niveau d'incertitude des variables d'entrée. Une méthodologie de classification opérationnelle des données d'entrée a été réalisée. Elle s'appuie sur deux critères : la sensibilité du modèle au paramètre d'entrée et l'incertitude sur sa valeur (imprécision ou variabilité). Sur cette base, une nouvelle manière d'utiliser ces variables a été proposée. Enfin, différentes façons de restituer de manière opérationnelle les résultats des modélisations ont été proposées.

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Piga, Damien. "Processus engagés dans la rémanence, au niveau du compartiment atmosphérique, des radionucléides artificiels antérieurement déposés." Phd thesis, Université du Sud Toulon Var, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00609509.

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Abstract:

Les stations atmosphériques de l'observatoire permanent de la radioactivité dans l'environnement mesurent depuis 1959 les niveaux d'activité de radionucléides naturels et artificiels dans les aérosols. Aujourd'hui, le Cs-137 (30.07 ans), radionucléide artificiel issu des essais nucléaires atmosphériques et de divers accidents, est encore mesuré, à l'état de traces dans les basses couches de l'atmosphère, bien qu'il n'existe plus de rejet significatif. Cette étude s'est intéressée à identifier et caractériser les processus qui expliquent sa rémanence. Les territoires fortement impactés par les retombées de l'accident de Tchernobyl sont apparus les principaux contributeurs à la rémanence atmosphérique du Cs-137 dans les aérosols prélevés en France. Dans ces régions, les incendies de forêt constituent le processus de remise en suspension du Cs-137 le plus significatif durant la saison sèche et à l'origine d'épisodes de transport longue distance. Il est estimé qu'annuellement de l'ordre de 1013 Bq de Cs-137 sont réintroduits dans l'atmosphère par ce processus. En relation avec de fortes augmentations de la masse totale de particules en suspension, le Sahara est la seconde région contribuant à la rémanence du Cs-137 dans le compartiment atmosphérique au travers d'épisodes de transport de poussières sahariennes. Il est estimé que l'ensemble de ces évènements contribue en moyenne pour 1/3 du bruit de fond ambiant en Cs-137 à l'échelle de la France. Le dernier processus identifié est l'utilisation de bois comme moyen de chauffage durant l'hiver. Bien que le facteur d'émission de ce processus soit faible, l'étendue spatiale des régions sources et les quantités utilisées durant l'hiver font de ce processus un terme source significatif au regard des niveaux moyens à l'état de traces. A l'échelle de la France, de l'ordre de 1011 Bq de Cs- 137 sont réintroduits dans l'atmosphère par ce processus. Durant cette saison, la diminution des conditions de ventilation dans les basses couches de l'atmosphère entraîne une élévation du niveau moyen tandis que les augmentations significatives de l'activité volumique sont dues à un transport longue distance en provenance de l'est de l'Europe.

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Piga, Damien. "Processus engagés dans la rémanence, au niveau du compartiment atmosphérique, des radionucléides artificiels antérieurement déposés." Phd thesis, Toulon, 2010. https://theses.hal.science/tel-00609509/fr/.

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Abstract:

Les stations atmosphériques de l'observatoire permanent de la radioactivité dans l'environnement mesurent depuis 1959 les niveaux d'activité de radionucléides naturels et artificiels dans les aérosols. Aujourd'hui, le Cs-137 (30. 07 ans), radionucléide artificiel issu des essais nucléaires atmosphériques et de divers accidents, est encore mesuré, à l'état de traces dans les basses couches de l'atmosphère, bien qu'il n'existe plus de rejet significatif. Cette étude s'est intéressée à identifier et caractériser les processus qui expliquent sa rémanence. Les territoires fortement impactés par les retombées de l'accident de Tchernobyl sont apparus les principaux contributeurs à la rémanence atmosphérique du Cs-137 dans les aérosols prélevés en France. Dans ces régions, les incendies de forêt constituent le processus de remise en suspension du Cs-137 le plus significatif durant la saison sèche et à l'origine d'épisodes de transport longue distance. Il est estimé qu'annuellement de l'ordre de 1013 Bq de Cs-137 sont réintroduits dans l'atmosphère par ce processus. En relation avec de fortes augmentations de la masse totale de particules en suspension, le Sahara est la seconde région contribuant à la rémanence du Cs-137 dans le compartiment atmosphérique au travers d'épisodes de transport de poussières sahariennes. Il est estimé que l'ensemble de ces évènements contribue en moyenne pour 1/3 du bruit de fond ambiant en Cs-137 à l'échelle de la France. Le dernier processus identifié est l'utilisation de bois comme moyen de chauffage durant l'hiver. Bien que le facteur d'émission de ce processus soit faible, l'étendue spatiale des régions sources et les quantités utilisées durant l'hiver font de ce processus un terme source significatif au regard des niveaux moyens à l'état de traces. A l'échelle de la France, de l'ordre de 1011 Bq de Cs- 137 sont réintroduits dans l'atmosphère par ce processus. Durant cette saison, la diminution des conditions de ventilation dans les basses couches de l'atmosphère entraîne une élévation du niveau moyen tandis que les augmentations significatives de l'activité volumique sont dues à un transport longue distance en provenance de l'est de l'Europe Since 1959, atmospheric sampling stations of the environmental radioactivity permanent observatory measure both natural and artificial radioactivity in ambient air. Nowadays, Cs-137 (30. 07 years), an artificial radionuclide mainly issue from atmospheric weapons tests and several accidents, is still measured at trace level in the lower atmosphere although there is no significant release anymore. This study has aimed to identify and to characterize the processes which explain this persistence. Areas highly contaminated by Chernobyl accident are the major contributors to the Cs-137 atmospheric persistence in France. In these areas, wildfires are the most significant resuspension processes during the dry season and can lead to long range transport events. Around 1013 Bq of Cs- 137 are yearly resuspended by this process. In connection with significant increases of total suspended particles, Sahara is the second area involved in the atmospheric Cs-137 persistence due to dust transport events. The whole of these events has a mean contribution of around 1/3 of the Cs-137 background level at the French scale. The last identified process is the wood burning during winter. Even if its emission factor is low, spatial extent of source areas and quantities used at the season scale do of wood burning a significant process compared to ambient trace levels. At the French scale, around 1011 Bq of Cs-137 are yearly resuspended by this process. During this season, the decrease of ventilation conditions in the lower atmosphere leads to an increase of the background level whereas significant increases are due to long range transport events from Eastern Europe

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Dissertations / Theses on the topic 'Dispersion atmosphérique'

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