Centre d'Enseignement et de Recherche en Environnement Atmosphérique Laboratoire Commun École des Ponts ParisTech - EDF R&D

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• The 1st Street-in-Grid (SinG) Modeling Symposium and the 2nd SinG Model Training Workshop (May 24-25, 2018, Beijing, China)

• Publication de livre de Christian Seigneur:

  
  

  C. Seigneur. Pollution atmosphérique - Concepts, théorie et application, 384 pp., Paris, Belin, 2018.

• Formation de modélisation Street-in-Grid (29 janvier 29 au 9 février 2018)

  Renseignement: Youngseob Kim (youngseob.kim@enpc.fr)

  Street-in-Grid model (SinG) is a new multi-scale model of urban air pollution (Kim et al., 2018). SinG dynamically combines an Eulerian model (Polair3D) with a street-network model (MUNICH). This combined model aims at improving urban street-level pollutant concentrations by modeling both background and street-level concentrations at the same time. The model development has been conducted in Centre d'Enseignement et de Recherche en Environnement Atmosphérique (CEREA), joint laboratory of Ecole des Ponts ParisTech and EDF R&D by funding of EDF R&D and EDF R&D China. Its first application has been realized over the Paris region. This training covers topics including SinG concept, how to set up the configurations for a test simulation and how to generate input data.

• Mercredi 20 septembre 2017 à 14h: soutenance de thèse de Jean Thorey.

  Titre de la thèse: Prévision d’ensemble par agrégation séquentielle appliquée à la prévision de production d’énergie photovoltaïque

  Lieu de la soutenance : Salle 101, couloir 15-25, UPMC, 4 place Jussieu 75005 Paris
  

  Jury:

  • Isabelle Herlin, Directeur de recherche (INRIA), directrice de thèse
  • Vivien Mallet, Chargé de recherche (INRIA), encadrant de thèse
  • Liliane Bel, Professeur (AgroParisTech), rapporteur
  • Jochen Broecker, Professeur (Université de Reading), rapporteur
  • Petra Friederichs, Professeur (Université de Bonn), examinateur
  • Olivier Mestre, Chercheur (Météo-France), examinateur
  • Olivier Wintenberger, Professeur (Université Pierre et Marie Curie), examinateur
  • Christophe Chaussin, Ingénieur de recherche (EDF R&D), encadrant industriel

  Résumé :

  Notre principal objectif est d’améliorer la qualité des prévisions de production d’énergie photovoltaïque (PV). Ces prévisions sont imparfaites à cause des incertitudes météorologiques et de l’imprécision des modèles statistiques convertissant les prévisions météorologiques en prévisions de production d’énergie. Grâce à une ou plusieurs prévisions météorologiques, nous générons de multiples prévisions de production PV et nous construisons une combinaison linéaire de ces prévisions de production. La minimisation du Continuous Ranked Probability Score (CRPS) permet de calibrer statistiquement la combinaison de ces prévisions, et délivre une prévision probabiliste sous la forme d’une fonction de répartition empirique pondérée. Dans ce contexte, nous proposons une étude du biais du CRPS et une étude des propriétés des scores propres pouvant se décomposer en somme de scores pondérés par seuil ou en somme de scores pondérés par quantile. Des techniques d’apprentissage séquentiel sont mises en oeuvre pour réaliser cette minimisation. Ces techniques fournissent des garanties théoriques de robustesse en termes de qualité de prévision, sous des hypothèses minimes. Ces méthodes sont appliquées à la prévision d’ensoleillement et à la prévision de production PV, fondée sur des prévisions météorologiques à haute résolution et sur des ensembles de prévisions classiques.

• Workshop Modélisation Atmosphérique (11 Septembre 2017)

  Thème: Compétences, enjeux et besoins du groupe EDF

  
  
  

• Vendredi 3 février 2017 à 14h: soutenance de thèse de Nicolas CHERIN.

  Titre de la thèse: Modélisation des flux de dépôts atmosphériques du plomb et du cadmium à l'échelle urbaine

  Lieu de la soutenance : Salle B202, Bâtiment Carnot, Ecole nationale des ponts et chaussées, 6-8 avenue Blaise Pascal Cité Descartes Champs-sur-Marne 77455 Marne la Vallée
  

  Jury:

  • Valéry Masson, Docteur/HDR, Centre national de recherches météorologiques (CNRM), rapporteur
  • Denis Maro, HDR, Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN), rapporteur
  • Véronique Ruban, Directrice de recherche/HDR, Institut français des sciences et technologies des transports, de l'aménagement et des réseaux (IFSTTAR), examinatrice
  • Isabelle Coll, Professeur/HDR, Laboratoire interuniversitaire des systèmes atmosphériques (LISA), examinatrice
  • Yelva Roustan, Chargé de recherche, CEREA, co-encadrant
  • Christian Seigneur, Professeur/HDR, CEREA, directeur de thèse
  • Olivier Perrussel, Ingénieur, Airparif, invité

  Résumé :

• Publication de livre de Marc Bocquet:

  
  

  Asch, M., M. Bocquet, M. Nodet. Data Assimilation – Methods, Algorithms, and Applications, 306 pp., SIAM, 2016.

• Mardi 13 décembre 2016 à 9h30: soutenance de la thèse de Charbel ABDALLAH.

  Titre de la thèse: Evaluation des émissions et de la modélisation de la qualité de l'air sur Beyrouth et le Liban

  Lieu de la soutenance : Salle F206, Batiment Coriolis Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 6-8 avenue Blaise Pascal Cité Descartes Champs-sur-Marne 77455 Marne la Vallée
  

  Jury:

  • Mme LOCOGE Nadine, Rapporteur, Professeur, Ecole des Mines de Douai
  • Mme KANAKIDOU Maria, Rapporteur, Professeur, Université de Crète
  • M. SEIGNEUR Christian, Examinateur, Professeur, Centre d'Enseignement et de Recherche en Environnement Atmosphérique (CEREA)
  • M. BEEKMANN Matthias, Examinateur, Directeur de recherche, Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA)
  • Mme SARTELET Karine, Directrice de these, Chargé de recherche, Centre d'Enseignement et de Recherche en Environnement Atmosphérique (CEREA)
  • M. AFIF Charbel, Co-directeur de these, Maître de conférences, Université Saint Joseph

  Résumé :

• Jeudi 30 juin à 14h00: soutenance de la thèse de Janusz Zysk.

  Titre de la thèse: Modelling of atmospheric transport of heavy metals emitted from Polish power sector

  Lieu de la soutenance :
  AGH University of Science and Technology, Krakow, Poland

  Jury:

  • Suwała Wojciech, prof. dr hab. inż. Dean (président du jury)
  • Porada Stanisław, dr hab.
  • Czepirski Leszek, prof. dr hab.
  • Filipowicz Mariusz, dr hab. inż.
  • Fornalik-Wajs Elżbieta, dr hab. inż.
  • Gołaś Janusz, prof. dr hab.
  • Kubica Barbara, dr hab.
  • Milewska-Duda Janina, prof. dr hab. inż.
  • Olkuski Tadeusz, dr hab. inż.
  • Strugała Andrzej, dr hab. inż.
  • Szmyd Janusz, prof. dr hab. inż.
  • Siepak Jerzy, prof. dr hab. inż. (examinateur)
  • Jakubowska Małgorzata, dr hab. (examinateur)
  • Christian Seigneur prof. dr hab inz. (directeur de thèse)
  • Yelva Roustan dr (co-directeur de thèse)

• Mars 2016 : Meissam Bahlali, doctorante au Cerea, a reçu le prix de l’étudiante de l’année d’EDF (en partenariat avec Universum). Elle est récompensée pour son parcours qui traduit son projet professionnel, celui de travailler dans le domaine de l’énergie : stage chez Areva, cursus à Madrid en énergie et mécanique des fluides, spécialisation en mécanique des fluides à l’école d’ingénieur (ENSE3) et doctorat en cours au Cerea sous la direction de Bertrand Carissimo. La remise du prix a eu lieu le 29 mars à Paris lors de la Cérémonie des Universum Awards, en présence de la plupart des RH des plus grands groupes français, européens et mondiaux.

• Vendredi 24 mars à 14h00: soutenance de la thèse de Xiao WEI.

  Titre de la thèse: Etude expérimentale et numérique de la turbulence et de la dispersion atmosphériques en conditions stables et en champ proche sur un site complexe

  Lieu de la soutenance :
  Ecole des Ponts ParisTech - Bâtiment Coriolis - Amphi Caquot,
  6-8 avenue Blaise Pascal, Cité Descartes,
  Champs-sur-Marne 77455 Marne la Vallée

  Jury:

  • M. DUPONT Sylvain, Directeur de Recherche, INRA (rapporteur)
  • Mme CALMET Isabelle, Lecturer, Ecole Centrale de Nantes (rapporteur)
  • M. DROBINSKI Philippe, Directeur de Recherche, Ecole Polytechnique (examinateur)
  • M. PERKINS Richard, Professeur, Ecole Centrale de Lyon (examinateur)
  • M. LACOME Jean-Marc, Docteur, INERIS (examinateur)
  • M. CARISSIMO Bertrand, Lecturer, CEREA (directeur de thèse)

  Résumé :

  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 de 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 les conditions neutres et stables. 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 etsa 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 à la source et la modélisation du terme de dissipation. Une étude de sensibilité à la paramétrisation est ensuite présentée.

• Lundi 18 janvier à 14h00: soutenance de la thèse de Noëlie DAVIAU.

  Titre de la thèse: Études fines des échanges énergétiques entre les bâtiments et l'atmosphère urbaine

  Lieu de la soutenance :
  Ecole des Ponts ParisTech - Bâtiment Coriolis - Amphi Caquot,
  6-8 avenue Blaise Pascal, Cité Descartes,
  Champs-sur-Marne 77455 Marne la Vallée

  Jury:

  • M. EL MANKIBI Mohamed, Chargé de recherche, ENTPE (École Nationale des Travaux Publics de l'État) (rapporteur)
  • M. MARTILLI Alberto, Chercheur, CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas) (rapporteur)
  • M. INARD Christian, Professeur, Université de La Rochelle (examinateur)
  • M. MOONEN Peter, Professeur, Université de Pau et des Pays de l'Adour (examinateur)
  • M. ROUX Jean-Jacques, Professeur, CETHIL, INSA Lyon (examinateur)
  • M. CARISSIMO Bertrand, Maître de conférences, CEREA (directeur de thèse)

• Vendredi 11 décembre à 14h00: soutenance de la thèse de Shupeng Zhu.

  Titre de la thèse: Modélisation du mélange des particules dans l'atmosphère

  Lieu de la soutenance :
  Ecole des Ponts ParisTech - Bâtiment Coriolis - F206 (à droite en entrant dans le hall, deuxième étage),
  6-8 avenue Blaise Pascal, Cité Descartes,
  Champs-sur-Marne 77455 Marne la Vallée

  Jury:

  • Pr. ZHANG Yang, North Carolina State University (rapporteur)
  • Pr. RIEMER Nicole, University of Illinois at Urbana-Champaign (rapporteur)
  • Pr. WENGER John, University College Cork (examinateur)
  • Pr. SEIGNEUR Christian, CEREA/ENPC (examinateur)
  • Dr.BESSAGNET Bertrand, INERIS (examinateur)
  • Dr. K. SARTELET Karine, CEREA/ENPC (directeur)

  Résumé :

  Cette thèse présente un nouveau modèle SCRAM (Size and Composition Resolved Aerosol Model) pour simuler la dynamique des particules dans l'atmosphère (nucléation, coagulation, condensation / évaporation) en prenant en compte leur état de mélange, et elle évalue la performance de SCRAM dans des simulations 3D de qualité de l’air. Le travail peut être divisé en quatre parties. Premièrement, la notion de mélange externe est introduite, ainsi que la modélisation de la dynamique des aérosols. Ensuite, le développement du modèle SCRAM est présenté avec des tests de validation. Dans SCRAM, pour définir les compositions, on discrétise d'abord en sections les fractions massiques des composés chimiques des particules ou d’ensembles de composés chimiques. Les compositions des particules sont ensuite définies par les combinaisons des sections de fractions massiques. Les trois processus principaux impliqués dans la dynamique des aérosols (la coagulation, la condensation / évaporation et la nucléation) sont inclus dans SCRAM. SCRAM est validé par comparaison avec des simulations « académiques » publiées dans la littérature de coagulation et condensation/évaporation pour des particules en mélange interne. L’impact de l’hypothèse de mélange externe pour ces simulations est notamment étudié. L’impact du degré de mélange sur les concentrations de particules est ensuite étudié dans une simulation 0-D en utilisant des données représentatives d’un site trafic en Ile de France. L'influence relative sur l'état de mélange des différents processus influençant la dynamique des particules (condensation / évaporation, coagulation) et de l'algorithme utilisé pour modéliser la condensation / évaporation (hypothèse d’équilibre entre les phases gazeuse et particulaire, ou bien modélisation dynamique des échanges gaz/particules) est étudiée. Ensuite, SCRAM est intégré dans la plate-forme de qualité de l'air Polyphemus et utilisé pour effectuer des simulations sur l’Ile de France pendant l’été 2009. Une évaluation par comparaison à des observations a montré que SCRAM donne des résultats satisfaisants pour les concentrations de PM2.5/PM10 et l’épaisseur optique des aérosols. Le modèle est utilisé pour analyser l’état de mélange des particules, ainsi que l'impact des différentes hypothèses de mélange (mélange interne MI ou mélange externe ME) sur la formation des particules et leurs propriétés. Enfin, deux simulations, une avec l’hypothèse de MI et une autre avec l’hypothèse de ME, sont effectuées entre le 15 janvier et le 11 février 2010, pendant la campagne hiver MEGAPOLI (Megacities : Emissions, urban, regional and Global Atmospheric POLlution and climate effects, and Integrated tools for assessment and mitigation) durant laquelle les compositions des particules individuelles ont été mesurées. Les concentrations simulées de composés chimiques (concentration massique totale de différents composés) et les concentrations des classes de particules individuelles (une classe est définie par sa taille et sa composition chimique) sont comparées avec les observations à un site urbain parisien. Un indicateur de la diversité des particules et de l'état de mélange est calculé à partir des simulations et comparé à celui calculé à partir des mesures. Le modèle se compare bien aux observations avec un état de mélange moyen simulé de 69% contre 59% dans les observations, indiquant que les particules ne sont pas en mélange interne sur Paris.

• Octobre 2015 : Shupeng Zhu, doctorant au Cerea, a reçu le prix Jean Bricart de l'Association Française d'Etudes et de Recherches sur les Aérosols (ASFERA) pour ses travaux sur la modélisation des aérosols en mélange externe. Il a développé un modèle général de la dynamique des aérosols résolus en taille et en composition chimique et a appliqué ce modèle à deux épisodes de pollution sur Paris. Karine Sartelet est la directrice de thèse.

• Jeudi 18 juin à 14h00: soutenance de la thèse de Laurent Makké.

  Titre de la thèse: Modélisation 3-D des rétroactions microphysique de l'eau, turbulence, rayonnement dans les nuages bas

  Lieu de la soutenance :
  Ecole des Ponts ParisTech - Bâtiment Coriolis - Amphi Caquot,
  6-8 avenue Blaise Pascal, Cité Descartes,
  Champs-sur-Marne 77455 Marne la Vallée

  Jury:

  • Pr. Richard Fournier, Laboratoire Laplace / Université Toulouse III (rapporteur)
  • Dr. Anthony B. Davis, Jet Propulsion Laboratory / California Institute of Technology (rapporteur)
  • Dr. Céline Cornet, Laboratoire d'Optique Atmosphérique / Université Lille 1 (examinateur)
  • Pr. Jean-Philippe Gastellu-Etchegorry, Laboratoire CESBIO / Université Toulouse III (examinateur)
  • Dr. Bertrand Carissimo, Laboratoire CEREA / Ecole des Ponts ParisTech (directeur)
  • Dr. Luc Musson-Genon, Laboratoire CEREA / Ecole des Ponts ParisTech (co-directeur)
  • Dr. Pierre Plion, EDF (invité)
  • Dr. Maya Milliez, EDF (invité)

  Résumé :

  Afin de modéliser l'absorption dans le traitement des transferts radiatifs en milieu atmosphérique, de nombreuses méthodes plus précises et plus rapides ont été développées. La modélisation de la formation du brouillard, où le rayonnement infrarouge joue un rôle très important, nécessite des méthodes numériques suffisamment précises pour calculer le taux de refroidissement. Le brouillard radiatif se forme après des conditions de ciel clair, où l'absorption est le processus radiatif dominant, en raison d'un fort refroidissement nocturne. Avec l'augmentation des ressources de calcul et le développement du Calcul Haute Performance, les modèles à bandes étroites, pour effectuer l'intégration sur la longueur des grandeurs radiométriques, sont les plus utilisés. Toutefois, le couplage entre les transferts radiatifs 3-D et la dynamique des fluides reste très coûteux en temps de calcul. Le rayonnement augmente d'environ cinquante pourcent le temps de la simulation pour la dynamique des fluides uniquement. Pour réduire le temps passé dans une itération radiative, une nouvelle paramétrization basée sur les modèles en émissivité a été développée. Cette approche nécessite seulement une résolution de l'ETR contre Nb x Ng résolutions pour un modèle à Nb bandes spectrales et Ng points de quadratures sur chaque bande. Une comparaison avec des données de simulation a été effectuée et cette nouvelle paramétrisation de l'absorption infrarouge a montré sa capacité à prendre en compte les variations des concentrations gazeuses et d'eau liquide. Une étude à travers le couplage entre le modèle développé et le code de CFD Code_Saturne a été réalisée afin valider dynamiquement notre paramétrisation. Enfin une simulation exploratoire a été effectuée sur un domaine 3-D en présence de bâti idéalisé, pour capter les effets radiatifs 3-D dûs aux hétérogénéités horizontales du champ d'eau liquide et des bâtiments.

• Jeudi 20 novembre à 9h30: soutenance de la thèse de Vincent Loizeau.

  Titre de la thèse: La prise en compte d'un modèle de sol multi-couches pour la modélisation multi-milieux à l'échelle européenne des polluants organiques persistants

  Lieu de la soutenance :
  Ecole des Ponts ParisTech - Bâtiment principal - Amphi Navier,
  6-8 avenue Blaise Pascal, Cité Descartes,
  Champs-sur-Marne 77455 Marne la Vallée

  Résumé :

  Les polluants organiques persistants (POPs) sont des substances toxiques ayant la capacité de se bioaccumuler le long de la chaîne alimentaire. Une fois émis dans l'atmosphère, ils sont dispersés par le vent puis se déposent au sol. Du fait de leur persistance, ils peuvent être réémis depuis le sol vers l'atmosphère et parcourir ainsi de longues distances. Ce processus est couramment appelé « effet saut de sauterelle ». On peut donc retrouver les POPs très loin de leurs sources d'émissions. Pour pouvoir prendre des décisions visant à réduire leur impact environnemental, il est nécessaire de comprendre leur comportement dans l'atmosphère mais également dans les autres milieux, tels que le sol, la végétation ou l'eau. De nombreux modèles numériques de complexité variable ont été développés dans le but de prédire le devenir des POPs dans l'environnement. La plupart d'entre eux considèrent le sol comme un compartiment homogène, pouvant ainsi mener à une sous-estimation des réémissions du sol vers l'atmosphère. Or, du fait de la mise en place de réglementations visant à réduire les émissions anthropiques des POPs, la concentration dans l'atmosphère tend à diminuer et le sol, qui semblait jusqu'alors être seulement un réservoir, devient une source potentielle de POPs pour l'atmosphère. Il apparaît donc nécessaire de coupler les modèles de dispersion atmosphérique à un modèle de sol réaliste. Mes recherches ont permis d'étudier l'impact des interactions entre le sol et l'atmosphère sur la concentration dans les différents milieux. Pour cela, nous avons développé un modèle de sol multi-couches permettant de mieux estimer le profil de concentration dans le sol et les échanges entre ces deux milieux. Une analyse de sensibilité a été effectuée afin d'identifier les paramètres clés dans la détermination des réémissions. Puis ce modèle a été couplé à un modèle 3D de chimie-transport atmosphérique. Une étude de cas à l'échelle européenne a alors été réalisée afin d'évaluer ce modèle et d'estimer l'impact des réémissions sur les concentrations de POPs dans l'environnement.

• Vendredi 4 juillet à 14h00: soutenance de la thèse de Masoud Fallah Shorshani.

  Titre de la thèse: Modélisation de l’impact du trafic routier sur la pollution de l’air et des eaux de ruissellement

  Lieu de la soutenance :
  Ecole des Ponts ParisTech - Bâtiment Coriolis - Amphi Caquot,
  6-8 avenue Blaise Pascal, Cité Descartes,
  Champs-sur-Marne 77455 Marne la Vallée

  Jury:

  • Dr. Christian Seigneur, CEREA (directeurs de thèse)
  • Dr. Michel André, IFSTTAR (co-directeur de thèse)
  • Dr. Céline Bonhomme, LEESU (co-encadrante)
  • Dr. Isabelle Braud, IRSTEA (rapporteur)
  • Dr. Lionel Soulhac, École Centrale de Lyon (rapporteur)
  • Dr. Ludovic Leclercq, IFSTTAR (examinateur)
  • Dr. Frédéric Mahé, AIRPARIF (examinateur)
  • Dr. Guido Petrucci, Vrije Universiteit Brussel (examinateur)

  Résumé :

  Les émissions du trafic routier sont une des sources majeures de pollution dans les villes. La modélisation de la pollution de l’air et des eaux de ruissellement due aux émissions du trafic routier est essentielle pour comprendre les processus qui mènent à cette pollution et fournir les éléments d’information nécessaires au développement de politiques publiques efficaces pour la réduction des niveaux de pollution. L’objectif de cette thèse est d’évaluer la faisabilité et la pertinence de chaînes de modèles pour simuler l’impact du trafic routier sur la pollution de l’air et des eaux de ruissellement. La première partie a consisté à réaliser un état de l’art des outils de modélisation des différents phénomènes (trafic, émissions, pollution atmosphérique, qualité des eaux de ruissellement), mettant en exergue les enjeux liés à l’intégration des différents modèles pour constituer une chaîne cohérente en termes de polluants et d’échelles spatio-temporelles. Deux exemples de chaînes de modélisation ont été proposés, l’une statique avec des pas de temps horaires, la seconde envisageant une approche dynamique du trafic et des pollutions associées. Dans la deuxième partie de la thèse, des outils automatisés d’interfaçage ont été développés pour construire des chaînes de modèles. Ces chaînes de modèles ont ensuite été testées avec différents cas d’étude : (1) Couplage trafic / émissions avec une simulation d’une voie urbaine utilisant un modèle dynamique de trafic en lien avec des modèles d’émissions instantané et moyenné, (2) couplage émissions / pollution atmosphérique en bordure d’une autoroute, (3) couplages trafic / émissions / pollution atmosphérique en bordure d’une autoroute urbaine, (4) couplage émissions / pollution atmosphérique pour un quartier suburbain, (5) couplage dépôts atmosphériques / qualité des eaux de ruissellement pour un bassin versant suburbain, et finalement (6) une chaîne de modélisation complète avec couplages trafic / émissions /qualité de l’air et des eaux de ruissellement pour un bassin versant suburbain. Ces travaux ont permis à travers ces différents cas d’étude d’identifier les enjeux associés à l’intégration de modèles pour le calcul de la pollution de l’air et des eaux de ruissellement due au trafic routier en zone urbaine. Par ailleurs, ils fournissent une base solide pour le développement futur de modèles numériques intégrés de la pollution urbaine.

• Mercredi 14 mai à 14h00: soutenance de la thèse de Venkatesh Duraisamy Jothiprakasam.

  Titre de la thèse: Downscaling the wind energy resources in complext terrain using a coupled mesoscale/microscale CFD modeling system including wake effect

  Lieu de la soutenance :
  Ecole des Ponts ParisTech - Bâtiment Coriolis - Amphi Caquot,
  6-8 avenue Blaise Pascal, Cité Descartes,
  Champs-sur-Marne 77455 Marne la Vallée

  Jury:

  • Pr. François CAUNEAU, École des Mines de Paris, raporteur et président du jury
  • Pr. Jeroen VAN BEECK, The Von Karman Institute for Fluid Dynamics (rapporteur)
  • Dr. Javier SANZ RODRIGO, CENER (examinateur)
  • Dr. Bertrand Carissimo, CEREA/EDF (directeurs de thèse)
  • Dr. Eric DUPONT, CEREA/EDF (codirecteurs de thèse)

  Résumé :

  The development of wind energy generation requires precise and well established methods for wind resource assessment, which is the initial step in every wind farm project. During the last two decades linear flow models were widely used in the wind industry for wind resource assessment and micro siting. But the linear models inaccuracies in predicting the wind speeds in very complex terrain are well known and led to use of CFD, capable of modeling the complex flow in details around specific geographic features. Mesoscale models (NWP) are able to predict the wind regime at resolutions of several kilometers, but are not well suited to resolve the wind speed and turbulence induced by the topography features on the scale of a few hundred meters. CFD has proven successful in capturing flow details at smaller scales, but needs an accurate specification of the inlet conditions. Thus coupling NWP and CFD models is a better modeling approach for wind energy applications.

  A one year field measurement campaign carried out in a complex terrain in southern France during 2007-2008 provides a well documented data set both for input and validation data. The proposed new methodology aims to address two problems: the high spatial variation of the topography on the domain lateral boundaries, and the prediction errors of the mesoscale model. It is applied in this work using the open source CFD code Code_Saturne, coupled with the mesoscale forecast model of Météo-France (ALADIN). The improvement is obtained by combining the mesoscale data as inlet condition and field measurement data assimilation into the CFD model. Newtonian relaxation (nudging) data assimilation technique is used to incorporate the measurement data into the CFD simulations. The methodology to reconstruct long term averages uses a clustering process to group the similar meteorological conditions and to reduce the number of CFD simulations needed to reproduce 1 year of atmospheric flow over the site. The assimilation procedure is carried out with either sonic or cupanemometers measurements. First a detailed analysis of the results obtained with the mesoscale-CFD coupling and with or without data assimilation is shown for two main wind directions, including a sensitivity study to the parameters involved in the coupling and in the nudging. The last part of the work is devoted to the estimate of the wind potential using clustering. A comparison of the annual mean wind speed with measurements that do not enter the assimilation process and with the WAsP model is presented. The improvement provided by the data assimilation on the distribution of differences with measurements is shown on the wind speed and direction for different configurations.

• Mardi 4 mars à 14h00: soutenance de la thèse de Victor Winiarek.

  Titre de la thèse: Dispersion atmosphérique et modélisation inverse pour la reconstruction de sources accidentelles de polluants

  Lieu de la soutenance :
  Ecole des Ponts ParisTech - Bâtiment Coriolis - Amphi Caquot,
  6-8 avenue Blaise Pascal, Cité Descartes,
  Champs-sur-Marne 77455 Marne la Vallée

  Jury:

  • Dr. Marc Bocquet (directeurs de thèse)
  • Dr. Bertrand Carissimo (directeurs de thèse)
  • Dr. Olivier Thual, Université de Toulouse/INPT (rapporteur)
  • Dr. Philippe Bousquet, UVSQ/LSCE (rapporteur)
  • Dr. Anne Mathieu, IRSN/BMTA (examinateur)
  • Dr. Lionel Soulhac, ECL/LMFA (examinateur).

  Résumé :

  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.

  Nous présentons ensuite le cadre général (bayésien) de la modélisation inverse pour l’estimation de sources. Le principe est l’équilibre entre des informations a priori et des nouvelles informations apportées par des observations et le modèle numérique. Nous mettons en évidence la forte dépendance de l’estimation du terme source et de son incertitude aux hypothèses réalisées sur les statistiques des erreurs a priori. Pour cette raison nous proposons plusieurs méthodes pour estimer rigoureusement ces statistiques. Ces méthodes sont appliquées sur des exemples concrets : tout d’abord un algorithme semi-automatique est proposé pour la surveillance opérationnelle d’un parc de centrales nucléaires. Un second cas d’étude est la reconstruction des termes sources de césium-137 et d’iode-131 consécutifs à l’accident de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi.

  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 à quelques mètres près, suivant les situations modélisées et les méthodes inverses utilisées.

• Vendredi 20 décembre à 9h30: soutenance de la thèse de Yiguo Wang.

  Titre de la thèse: Une nouvelle approche de modélisation de la qualité de l’air à l’échelle régionale par assimilation de mesures lidar

  Lieu de la soutenance :
  Ecole des Ponts ParisTech - Bâtiment Coriolis - salle F206,
  6-8 avenue Blaise Pascal, Cité Descartes,
  Champs-sur-Marne 77455 Marne la Vallée

  Jury:

  • Dr. Patrick Chazette CEA, LSCE (directeur de thèse)
  • Dr. Marc Bocquet ENPC, CEREA (co-directeur de thèse)
  • Dr. Karine Sartelet ENPC, CEREA (co-directeur de thèse)
  • Dr. Beekmann Matthias CNRS, LISA (rapporteur)
  • Dr. Pierre Tulet CNRS, LACy (rapporteur)
  • Pr. Hervé Le Treut IPSL, LMD (examinateur)
  • Pr. Bertrand Calpini MeteoSwiss (examinateur)
  • Dr. Alain Dabas Météo-France, CNRM (examinateur)

  Résumé :

  L’assimilation de données lidar pour la modélisation de la qualité de l’air est étudiée via le développement d’un modèle d’assimilation des observations d’un réseau lidar au sol par la méthode d’interpolation optimale (IO) dans un modèle de chimie-transport. Dans un premier temps, un outil d’assimilation des concentrations de PM10 (particules en suspension dans l’air dont le diamètre est inférieur à 10 um) sur la verticale est développé dans la plateforme de modélisation de la qualité de l’air POLYPHEMUS. Cet outil est appliqué sur l’Europe de l’Ouest, du 15 juillet au 15 août 2001, afin d’étudier l’impact potentiel d’un futur réseau lidar au sol sur la modélisation et les prévisions (la description de l’avenir) des PM10. En utilisant un réseau lidar fictif, l’efficacité de l’assimilation des mesures d’un réseau lidar est comparée à celle d’assimiler des mesures de concentrations du réseau au sol AirBase, qui comprend environ 500 stations sol en Europe de l’Ouest. Des études de sensibilité sur le nombre et la position géographique des lidars sont également menées afin d’aider à définir un réseau lidar optimal pour les prévisions des PM10.

  Ensuite, un modèle de simulation de signal lidar (PR2) est construit et intégré dans POLYPHEMUS. Il est évalué par comparaison aux mesures d’un lidar mobile et d’un lidar fixe en Île-de-France durant la campagne d’été de MEGAPOLI (Megacities : Emissions, urban, regional and Global Atmospheric POLlution and climate effects, and Integrated tools for assessment and mitigation, juillet 2009). Les résultats montrent que ce modèle reproduit correctement la distribution verticale des propriétés optiques des aérosols et leur variabilité temporelle. Deux nouveaux algorithmes d’assimilation de signaux lidar sont également introduits et évalués durant la campagne MEGAPOLI. Les simulations aérosol avec et sans assimilation de données lidar sont évaluées en utilisant les données d’AIRPARIF (un réseau opérationnel régional pour la qualité de l’air en Île-de-France) pour démontrer la faisabilité et l’utilité de l’assimilation des signaux lidar pour les prévisions d’aérosols.

  Enfin, POLYPHEMUS avec le modèle d’assimilation des signaux lidar est appliqué dans le bassin Méditerranéen, où le réseau ACTRIS/EARLINET a effectué une période de 72 heures de mesures intensives et continues en juillet 2012 (Pre-CHArMEx). Les paramètres dans le modèle d’assimilation des signaux lidar sont aussi étudiés pour mieux caractériser l’impact spatial et temporel sur les prévisions d’aérosols.

• Mardi 10 décembre à 14h00: soutenance de la thèse de Ève Lecoeur.

  Titre de la thèse: Influence de l'évolution climatique sur la qualité de l'air en Europe

  Lieu de la soutenance :
  Ecole des Ponts ParisTech - Bâtiment Coriolis - Amphi Caquot,
  6-8 avenue Blaise Pascal, Cité Descartes,
  Champs-sur-Marne 77455 Marne la Vallée

  Jury:

  • Pr. Christian Seigneur, CEREA, Marne-la-Vallée (directeur de thèse)
  • Dr. Laurent Terray, CERFACS, Toulouse (co-directeur de thèse)
  • Dr. Virginie Marécal, Météo-France, Toulouse (rapporteur)
  • Dr. Pascal Yiou, IPSL/LSCE, Gif-sur-Yvette (rapporteur)
  • Dr. Isabelle Bey, ETH Zürich, Zürich (examinateur)
  • Pr. Robert Rosset, Laboratoire d'Aérologie, Toulouse (examinateur)
  • Dr. Julien Najac, EDF R&D, Chatou (examinateur)

  Résumé :

  La pollution atmosphérique est le produit de fortes émissions de polluants (et de leurs précurseurs) et de conditions météorologiques défavorables. Les particules fines (PM2.5) sont l'un des polluants les plus dangereux pour la santé publique. L'évolution du climat dans les années à venir aura un impact sur des variables météorologiques (température, vents, précipitations, ...). Ces variables influencent à leur tour divers facteurs, qui affectent la qualité de l'air (émissions, lessivage par les précipitations, équilibre gaz/particule, ...). Si de nombreuses études ont déjà projeté l'effet du changement climatique sur les concentrations d'ozone, peu se sont intéressées à son effet sur les concentrations de particules fines, en particulier à l'échelle du continent européen. C'est ce que cette thèse se propose d'étudier.

  La circulation atmosphérique de grande échelle est étroitement liée aux variables météorologiques de surface. Par conséquent, il est attendu qu'elle ait également un impact sur les concentrations de PM2.5. Nous utilisons dans cette thèse une approche statistique pour estimer les concentrations futures de PM2.5 à partir d'observations présentes de PM2.5, de quelques variables météorologiques pertinentes et d'outils permettant de représenter cette circulation atmosphérique (régimes et types de temps). Le faible nombre d'observations journalières de PM2.5 et de ses composants en Europe nous a conduit à créer un jeu de données pseudo-observées à l'aide du modèle de qualité de l'air Polyphemus/Polair3D, puis à l'évaluer de façons opérationnelle et dynamique, afin de s'assurer que l'influence des variables météorologiques sur les concentrations de PM2.5 est reproduite de manière satisfaisante par le modèle. Cette évaluation dynamique d'un modèle de qualité de l'air est, à notre connaissance, la première menée à ce jour.

  L'approche statistique développée dans cette thèse est nouvelle pour l'estimation de l'impact du climat et du changement climatique sur les concentrations de PM2.5 en Europe. Malgré les incertitudes qui y sont associées, cette approche est facilement adaptable à différents modèles et scénarios, ainsi qu'à d'autres régions du monde et d'autres polluants. En utilisant des observations pour définir la relation polluant-météorologie, cette approche serait d'autant plus robuste.

• Lundi 1er juillet à 14h30: soutenance de la thèse de Karim Drifi.

  Titre de la thèse: Estimation du mouvement par assimilation de données dans des modèles dynamiques d'ordre réduit.

  Lieu de la soutenance : "Antenne parisienne" d'Inria Rocquencourt,
  23 avenue d'Italie 75013 Paris (métro "place d'italie", "tolbiac" ou "Olympiades"), dans la salle Orange.

  Jury:

  • Pr. Isabelle Herlin, INRIA Rocquencourt, directrice de thèse et présidente du jury
  • Pr. Didier Auroux, Université de Nice Sophia Antipolis (rapporteur)
  • Dr. Erwan Le Pennec, INRIA Saclay / Projet SELECT (rapporteur)
  • Pr. Dominique Béréziat, maitre de conférence Université Pierre-et-Marie-Curie (examinateur)
  • Pr. Etienne Mémin, INRIA Rennes (examinateur)

  Résumé :

  L'estimation du mouvement est un sujet d'importance pour l'interprétation de séquences d'images. Cette thèse concerne l'étude de la dynamique des écoulements géophysiques visualisée par l'imagerie satellitaire. Une bonne compréhension de ces écoulements géophysiques permet l'analyse et la prévision des phénomènes, par exemple en océanographie et en météorologie. L'assimilation de données constitue le cadre idéal pour prendre en compte de manière optimale les diverses sources d'informations disponibles et en particulier les modèles numériques et les données.

  On se propose donc, dans cette thèse, d'appliquer des méthodes d'assimilation variationnelles de données pour estimer le mouvement sur les séquences d'images. Une des limitations des techniques d'assimilation est l'importance du temps de calcul et de la mémoire nécessaire à leur application. Nous nous proposons donc, dans ce document, de définir un méthodologie basée sur la réduction de modèle pour permettre de réduire ces contraintes de façon significative. Nous explorons ensuite les possibilités qu'offrent la réduction de modèles dynamiques pour estimer le mouvement, en particulier pour imposer des contraintes issues de la physique aux solutions calculées. On montre en particulier comment estimer un mouvement à divergence nulle en imposant des conditions aux bords d'un domaine spatial complexe.

• Vendredi 14 juin à 14h00: soutenance de la thèse de Cédric Dall'Ozzo.

  Titre de la thèse: Modélisation d'écoulements atmosphériques stratifiés par simulation des grandes échelles à l'aide de Code_Saturne.

  Lieu de la soutenance: au 19, rue Alfred Nobel, FR-77420 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Freyssinet (bâtiments Nobel)

  Jury:

  • Pr. DUPONT Sylvain, Directeur de recherche, INRIA (rapporteur)
  • Pr. STAQUET Chantal, Professeur des universiés, Université Joseph Fourier - Grenoble I (rapporteur)
  • Pr. SAGAUT Pierre Professeur des universités, Classe exceptionnelle, Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (examinateur)
  • Pr. CALMET Isabelle, Maitre de conférences, Ecole Centrale de Nantes (examinatrice)
  • Pr. LAURENCE Dominique, Professeur University of Manchester (examinateur)
  • Dr. CARISSIMO Bertrand, CEREA (directeur de thèse)
  • Dr. MILLIEZ Maya, CEREA (co-directrice de thèse)

  Résumé :

  La modélisation par simulation des grandes échelles (Large-Eddy Simulation - LES) des processus physiques régissant la couche limite atmosphérique (CLA) demeure complexe de part la difficulté des modèles à capter l'évolution de la turbulence entre différentes conditions de stratification. De ce fait, l'étude LES du cycle diurne complet de la CLA comprenant des situations convectives la journée et des conditions stables la nuit est très peu documenté. La simulation de la couche limite stable où la turbulence est faible, intermittente et qui est caractérisée par des structures turbulentes de petite taille est tout particulièrement compliquée. En conséquence, la capacité de la LES à bien reproduire les conditions météorologiques de la CLA, notamment en situation stable, est étudiée à l'aide du code de mécanique des fluides développé par EDF R&D, Code_Saturne.

  Dans une première étude, le modèle LES est validé sur un cas de couche limite convective quasi stationnaire sur terrain homogène. L'influence des modèles sous-maille de Smagorinsky, Germano-Lilly, Wong-Lilly et WALE (Wall-Adapting Local Eddy-viscosity) ainsi que la sensibilité aux méthodes de paramétrisation sur les champs moyens, les flux et les variances est discutées.

  Dans une seconde étude le cycle diurne complet de la CLA pendant la campagne de mesure Wangara est modélisé. L'écart aux mesures étant faible le jour, ce travail se concentre sur les difficultés rencontrées la nuit à bien modéliser la couche limite stable. L'impact de différents modèles sous-maille ainsi que la sensibilité au coefficient de Smagorinsky ont été analysés. Par l'intermédiaire d'un couplage radiatif réalisé en LES, les répercussions du rayonnement infrarouge et solaire sur le jet de basse couche nocturne et le gradient thermique près de la surface sont exposées. De plus l'adaptation de la résolution du domaine à l'intensité de la turbulence et la forte stabilité atmosphérique durant l'expérience Wangara sont commentées. Enfin un examen des oscillations numériques inhérentes à Code_Saturne est réalisé afin d'en limiter les effets.

• Vendredi 5 avril 2013 à 9h30: soutenance d’habilitation à diriger des recherches (HDR) de Karine Sartelet

  Titre de l’HDR:: Modélisation de la qualité de l’air à l’échelle régionale

  Lieu de la soutenance : au 19, rue Alfred Nobel, FR-77420 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Freyssinet (bâtiments Nobel)

  Jury:

  • Pr. Hiroshi Hayami, CRIEPI, Japon (rapporteur)
  • Dr. Céline Mari, Laboratoire d’aérologie, Toulouse (rapporteuse)
  • Pr. Robert Rosset, Laboratoire d’aérologie, Université de Toulouse (rapporteur)
  • Dr. Matthias Beekmann, LISA, UPEC (examinateur)
  • Dr. Solène Turquety, LMD (examinatrice)
  • Pr. Christian Seigneur, CEREA, Université Paris-Est (directeur d’habilitation)

• Jeudi 20 décembre 2012 à 14h00: soutenance de la thèse de Mohammad Reza Koohkan

  Titre de la thèse: Assimilation de données multi-échelle et caractérisation des erreurs pour la modélisation inverse des sources des polluants atmosphériques.

  Lieu de la soutenance : au 19, rue Alfred Nobel, FR-77420 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Freyssinet (bâtiments Nobel)

  Jury:

  • Dr. Olivier Talagrand, CNRS/LMD (président)
  • Dr. Frédéric Chevallier, CEA/LSCE (rapporteur)
  • Dr. Slimane Bekki, CNRS/LATMOS (rapporteur)
  • Dr. Gilles Forêt, UPEC/LISA (examinateur)
  • Dr. Sébastien Massart, ECMWF (examinateur)
  • Dr. Marc Bocquet, École des Ponts ParisTech/CEREA (directeur de thèse)

  Résumé : Dans les études géophysiques, l'assimilation de données a pour but d'estimer l'état d'un système ou les paramètres d'un modèle physique de façon optimale. Pour ce faire, l'assimilation de données a besoin de trois types d'informations : des observations, un modèle physique/numérique et une description statistique de l'incertitude associée aux paramètres du système.

  Dans ma thèse, de nouvelles méthodes d'assimilation de données sont utilisées pour l'étude de la physico-chimie de l'atmosphère :

  1. On y utilise de manière conjointe la méthode 4D-Var avec un modèle sous-maille statistique pour tenir compte des erreurs de représentativité.
  2. Des échelles multiples sont prises en compte dans la méthode d'estimation BLUE.
  3. Enfin, la méthode du maximum de vraisemblance est appliquée pour estimer des hyper-paramètres qui paramètrisent les erreurs à priori.

  Ces trois approches sont appliquées de manière spécifique à des problèmes de modélisation inverse des sources de polluant atmosphérique.

  Dans une première partie, la modélisation inverse est utilisée afin d'estimer les émissions de monoxyde de carbone sur un domaine représentant la France. Les stations du réseau d'observation considérées sont impactées par les erreurs de représentativité. Un modèle statistique sous-maille est introduit. Il est couplé au système 4D-Var afin de réduire les erreurs de représentativité. En particulier, les résultats de la modélisation inverse montrent que la méthode 4D-Var seule n'est pas adaptée pour gérer le problème de représentativité. Le système d'assimilation des données couplé conduit à une meilleure représentation de la variabilité de la concentration de CO avec une amélioration très significatives des indicateurs statistiques.

  Dans une deuxième partie, on évalue le potentiel du réseau IMS (International Monitoring System) du CTBTO pour l'inversion d'une source accidentelle de radionucléides . Pour évaluer la performance du réseau, une grille multi-échelle adaptative pour l'espace de contrôle est optimisée selon un critère basé sur les degrés de liberté du signal (DFS). Les résultats montrent que plusieurs régions restent sous-observées par le réseau IMS.

  Dans la troisième et dernière partie, sont estimés les émissions de Composés Organiques Volatils (COVs) sur l'Europe de l'ouest. Cette étude d'inversion est faite sur la base des observations de 14 COVs extraites du réseau EMEP. L'évaluation des incertitudes des valeurs des inventaires d'émission et des erreurs d'observation sont faites selon le principe du maximum de vraisemblance. La distribution des inventaires d'emission a été supposée tantôt gaussienne et tantôt semi-normale. Ces deux hypothèses sont appliquées pour inverser le champs des inventaires d'émission. Les résultats de ces deux approches sont comparés. Bien que la correction apportée sur les inventaires est plus forte avec l'hypothèse Gaussienne que semi-normale, les indicateurs statistiques montrent que l'hypothèse de la distribution semi-normale donne de meilleurs résultats de concentrations que celle Gaussienne.

• Vendredi 14 décembre 2012 à 14h00: soutenance de la thèse de Hilel Dergaoui

  Titre de la thèse: Coagulation d'une population d'aérosols en mélange externe: modélisation et expériences.

  Lieu de la soutenance: à l'ENSG, au 6-8 avenue Blaise Pascal, FR-77455 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Picard (accès par le hall central de l'ENSG)

  Jury:

  • Pr. Laurence LE COQ, École des Mines de Nantes (rapporteur)
  • Dr. Laurent MENUT, Laboratoire de Météorologie Dynamique (rapporteur)
  • Pr. Robert ROSSET, émérite du Laboratoire d'Aérologie, Université de Toulouse (rapporteur)
  • Pr. Jean-François DOUSSIN, LISA, Université Paris-Est (examinateur)
  • Dr. Olivier LE BIHAN, INERIS (examinateur)
  • Dr. Édouard DEBRY, INERIS (co-encadrant)
  • Dr. Karine SARTELET, École des Ponts ParisTech, CEREA (co-encadrante)
  • Pr. Christian SEIGNEUR, École des Ponts ParisTech, CEREA (directeur de thèse)

  Résumé : L'intérêt croissant pour l'exposition de la population aux particules atmosphériques à l'échelle urbaine nécessite la mise en place de politiques publiques de réduction des émissions de polluants (particules ou précurseurs gazeux) qui contribuent à cette pollution. Dans cette optique, il est essentiel d’identifier les sources de particules et de quantifier leurs contributions. Les relations entre émissions et concentrations ambiantes de particules sont complexes et motivent le développement d’une nouvelle approche pour en rendre compte.

  La plupart des modèles de qualité de l’air utilisent une représentation simplifiée d'une population de particules. Celle-ci est généralement divisée en plusieurs classes de tailles dans chacune desquelles les particules ont toutes la même composition chimique, c’est l’hypothèse de mélange interne. Or des mesures en air ambiant mettent en évidence l’existence de particules de même taille et de composition chimique différentes, du fait notamment de la variabilité des compositions chimiques selon les sources.

  L’objet de cette thèse est le développement d'un modèle numérique de la dynamique des particules résolu en taille et autorisant plusieurs compositions chimiques par classe de taille. Pour ce faire, la population de particules est également résolue suivant la fraction d’un ou de plusieurs de ses composants chimiques. Cette approche, dite de mélange externe, a pour but de mieux représenter une population de particules à l'échelle locale et de particulariser des compositions chimiques typiques de certaines sources.

  Le travail s’est particulièrement concentré sur la coagulation, processus qui s’avère le plus complexe numériquement à résoudre selon cette nouvelle approche. Le modèle a été validé par rapport aux approches existantes de mélange interne (Seigneur et al (1986)), puis sa capacité à reproduire l’évolution du mélange externe par coagulation a été évalué au regard de mesures produites dans la chambre d’expérimentation du CESAM du LISA. Tout au long du développement, nous avons veillé au caractère opérationnel du modèle qui a vocation à être intégré dans des modèles eulériens de qualité de l’air, une fois l’approche étendue à la condensation/évaporation.

• Vendredi 23 novembre 2012 à 14h00: soutenance de la thèse de Marion Devilliers

  Titre de la thèse: Modélisation et simulation numérique de la dynamique des nanoparticules appliquée aux atmosphères libres et confinées.

  Lieu de la soutenance : à l'ENSG, au 6-8 avenue Blaise Pascal, FR-77455 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Picard (accès par le hall central de l'ENSG)

  Jury:

  • Robert ROSSET, LA, Toulouse (président)
  • Virginie MARECAL, CNRM-GAME, Toulouse (rapporteur)
  • Olivier SIMONIN, INPT/IMFT, Toulouse (rapporteur)
  • Matthias BEEKMANN, LISA, Créteil (examinateur)
  • Didier HAUGLUSTAINE, LSCE/LIVE, Gif-sur-Yvette (examinateur)
  • Pr. Christian SEIGNEUR, CEREA, Marne-La-Vallée (directeur de thèse)
  • Edouard DEBRY, INERIS, Verneuil-en-Halatte (encadrant de thèse)

  Résumé : L’utilisation des nanoparticules se développe de plus en plus dans l’industrie (nanotechnologies) et les mesures de la qualité de l’air ont permis d’observer une présence croissante dans l’air ambiant. Ces particules, qui ont une dimension ca ractéristique inférieure à 100 nm, sont aussi appelées particules ultra fines (PUFs). Les connaissances scientifiques étant encore lacunaires en matière de nanoparticules, leurs effets sur l’environnement et la santé publique restent des questions ouvertes.

  Ces particules constituent la partie inférieure des distributions granulométriques de particules atmosphériques. Elles contribuent peu en masse aux PM_2.5 et aux PM₁₀ (c’est-à-dire les particules atmosphériques dont le diamètre aérodynamique est inférieur à 2,5 ou 10 microns, respectivement), mais représentent la quasi-totalité de la concentration en nombre.

  Différentes mesures réalisées en air intérieur et en air extérieur ont mis en évidence un nombre important de sources d’émissions et de formations de nanoparticules. Des études ont aussi pu montrer qu’en raison de leur petite taille, ces particules peuvent passer, entre autres, la barrière physiologique des poumons et ainsi se répandre dans l’organisme. De même, elles pénètrent facilement les organismes fongiques, animaux, végétaux ou microbiens et ainsi, par bioaccumulation, sont susceptibles de changer l’évolution des écosystèmes. Des effets sur les propriétés des nuages ont également été mis en évidence.

  La plupart des indicateurs et des modèles de qualité de l’air actuels ne s’intéressent pour l’instant qu’aux concentrations massiques. Cependant, il est probable qu’à terme les émissions de nanoparticules soient réglementées et ce sont donc les concentrations en nombre qui seront considérées. Il convient donc d’adapter les modèles afin de pouvoir simuler correctement les concentrations en nombre, dans les ambiances confinées comme dans l’atmosphère.

  Un modèle de dynamique des particules capable de suivre avec autant de précision la concentration en nombre que la concentration en masse, avec un temps de calcul optimal, a été développé.

  La dynamique des particules dépend de divers processus, les plus importants étant la condensation/évaporation, suivie par la nucléation, la coagulation, et les i phénomènes de dépôts. Ces processus sont bien connus pour les particules fines et grossières, mais dans le cas des nanoparticules, certains phénomènes additionnels doivent être pris en compte, notamment l’effet Kelvin pour la condensation/évaporation et les forces de van der Waals pour la coagulation.

  Le travail a tout d’abord porté sur le processus de condensation/évaporation, qui s’avère être le plus compliqué numériquement. Les particules sont présumées sphériques. L’effet Kelvin est pris en compte car il devient considérable pour les particules de diamètre inférieur à 50 nm. Les schémas numériques utilisés reposent sur une approche sectionnelle : l’échelle granulométrique des particules est discrétisée en sections, caractérisées par un diamètre représentatif. Un algorithme de répartition des particules est utilisé, après condensation/évaporation, afin de conserver les diamètres représentatifs à l’intérieur de leurs sections respectives. Cette redistribution peut se faire en terme de masse ou de nombre. Un des points clé de l’algorithme est de savoir quelle quantité, de la masse ou du nombre, doit être redistribuée. Une approche hybride consistant à répartir la quantité dominante dans la section de taille considérée (le nombre pour les nanoparticules et la masse pour les particules fines et grossières) a été mise en place et a permis d’obtenir une amélioration de la précision du modèle par rapport aux algorithmes existants, pour un large choix de conditions.

  Le processus de coagulation pour les nanoparticules a aussi été résolu avec une approche sectionnelle. La coagulation est régie par le mouvement brownien des nanoparticules. Pour cette approche, il a été constaté qu’il est plus efficace de calculer le noyau de coagulation en utilisant le diamètre représentatif de la section plutôt que de l’intégrer sur la section entière. Les simulations ont aussi pu montrer que les interactions de van der Waals amplifient fortement le taux de coagulation pour les nanoparticules.

  La nucléation a été intégrée au modèle nouvellement développé en incorporant un terme source de nanoparticules dans la première section, commençant à un nanomètre. La formulation de ce taux de nucléation correspond à celle de l’acide sulfurique mais le traitement des interactions numériques entre nucléation, coagulation et condensation/évaporation est générique.

  Différentes stratégies de couplage visant à résoudre séparément ou en même temps les trois processus sont discutées. Afin de pouvoir proposer des recommandations, différentes méthodes numériques de couplage ont été développées puis évaluées par rapport au temps de calcul et à la précision obtenue en terme de concentration massique et numérique.

• Vendredi 16 novembre 2012 à 14h00: soutenance de la thèse de Régis Briant

  Titre de la thèse: Modélisation multi-échelle de l'impact du trafic routier sur la qualité de l'air.

  Lieu de la soutenance : au 19, rue Alfred Nobel, FR-77420 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Freyssinet (bâtiments Nobel)

  Jury:

  • Pr. Robert Rosset, émérite du Laboratoire d'Aérologie OMP (rapporteur et président du jury)
  • Pr. Akula Venkatram, University of California Riverside (rapporteur)
  • Dr. Lionel Soulhac, École Centrale de Lyon (examinateur)
  • Dr. Korsakissok, IRSN (examinatrice)
  • Pr. Christian Seigneur, École des Ponts ParisTech, CEREA (directeur de thèse)

  Résumé : Le trafic routier contribue à la pollution atmosphérique aussi bien à proximité des voies avec des polluants tels que le dioxyde d'azote (NO₂), les particules (PM) et certains composés organiques volatils (COV) qu'à des échelles spatiales plus grandes (pollution de fond urbaine et régionale) avec des polluants formés dans l'atmosphère tels que l'ozone (O₃) et la fraction secondaire des particules. Étant donné les interactions entre pollution de proximité et pollution de fond, il est souhaitable de combiner en un seul outil de calcul des modèles à échelles locale et régionale. Cette méthode de modélisation multi-échelles a été largement utilisée pour simuler l'impact des émissions de cheminées (sources ponctuelles) avec des modèles de panache traités en sous-maille d'un modèle eulérien tri-dimensionnel. Cependant, une telle méthode n'est pas applicable à un réseau routier en raison des temps de calcul prohibitifs associés à la discrétisation d'une source linéique en un ensemble de sources ponctuelles. Par conséquent, une nouvelle méthode de modélisation multi-échelles a été développée, qui traite les panaches émis par des sources linéiques en sous-maille d'un modèle eulérien. Tout d'abord, une formulation améliorée d'un modèle gaussien de panache linéique a été développée. Ce nouveau modèle à ensuite fait l'objet d'une évaluation détaillée avec des mesures en proximité de routes ainsi qu'avec d'autres modèles gaussiens. La combinaison de ce modèle gaussien et d'un modèle eulérien (Polair3D) a été implémentée dans la plate-forme de modélisation Polyphemus. Les performances (temps de calcul et précision) du nouveau modèle de panache en sous-maille ont été évaluées et comparées aux performances des modèles gaussien et eulérien seuls. Ce modèle multi-échelles traite la chimie des oxydes d'azote (NO_x) et des principaux COV. Le traitement multi-échelles a un effet important sur les concentrations de certains polluants en termes de pollutions de proximité et de fond urbain.

• Jeudi 15 novembre 2012 à 9h30: soutenance de la thèse de Florian Couvidat

  Titre de la thèse: Modélisation des aérosols organiques dans l'atmosphère.

  Lieu de la soutenance : au 5, Boulevard Descartes, FR-77420 Champs-sur-Marne, dans le bâtiment François Rablais, amphithéatre A3

  Jury:

  • Dr. Céline MARI, Université de Toulouse (présidente)
  • Pr. Spyros PANDIS, Université de Patras, Grèce et Carnegie-Mellon University, États-Unis (rapporteur, excusé)
  • Pr. Anne MONOD, Université de Aix-Marseille (rapporteuse)
  • Dr. Isabelle COLL, LISA, UPEC (examinatrice
  • Dr. Nathalie POISSON, ADEME (examinatrice)
  • Pr. Christian SEIGNEUR, CEREA (directeur de thèse)

  Résumé : La formation des aérosols organiques dans l'atmosphère est étudiée via le développement d'un nouveau modèle de formation d'aérosols organiques secondaires nommé H²O (Hydrohilic/Hydrophobic Organics). Dans un premier temps, une paramétrisation de la formation d'aérosols via l'oxydation de l'isoprène est développée. Cette paramétrisation prend notamment en compte l'influence des concentrations d'oxydes d'azote sur la formation d'aérosols et leurs propriétés hydrophiles. Ensuite, H²O incluant cette paramétrisation et d'autres développements est évalué par comparaison aux mesures de carbone organique sur l'Europe. Prendre en compte les émissions de composés semi-volatils primaires gazeux (qui peuvent former des aérosols organiques secondaires après oxydation ou se condenser lors de baisses de température) améliore les performances du modèle de manière significative. En revanche, si les émissions de ces composés ne sont pas prises en compte, il en résulte une très forte sous-estimation des concentrations d'aérosols organiques en hiver. La formation d'aérosols organiques secondaires sur l'Île-de-France durant la campagne d'été de Megapoli (juillet 2009) a aussi été simulée pour évaluer les performances du modèle en zone urbaine. H²O donne de bons résultats sur l'Île-de-France bien que le modèle prévoit un pic d'aérosols organiques, provenant des émissions du trafic durant les heures de pointe, qui n'apparaît pas dans les mesures. La présence de ce pic dans les résultats du modèle peut être due à la sous-estimation de la volatilité des composés semi-volatils primaires. Il est aussi possible que les composés organiques primaires et les composés organiques secondaires ne se mélangent pas et que les composés semi-volatils primaires ne peuvent pas se condenser sur un aérosol organique majoritairement secondaire et très oxydé. Enfin, l'impact de la chimie aqueuse est étudié. Le mécanisme utilisé inclue notamment, la formation d'aérosols organiques secondaires dans la phase aqueuse des nuages par oxydation du glyoxal, du méthylglyoxal, de la méthacroleine et de la méthyl-vinyl-cétone, la formation de méthyltétrols dans la phase aqueuse des particules ou des gouttes d'eau des nuages et le vieillissement des aérosols organiques dans un nuage. L'impact des dépôts humides sur la formation d'aérosols est aussi étudié pour mieux caractériser l'impact des nuages sur les concentrations d'aérosols organiques.

• Vendredi 28 septembre 2012: Antoine Waked a soutenu avec succès sa thèse de doctorat, un travail pionnier sur la qualité de l'air à Beyrouth, capitale du Liban :

  Titre de la thèse: Caractérisation des aérosols organiques à Beyrouth, Liban.

  Lieu de la soutenance : au 19, rue Alfred Nobel, FR-77420 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Freyssinet (bâtiments Nobel)

  Jury:

  • Pr. José Maria Baldasano, Barcelona Supercomputing Centre, Barcelone, Espagne (président)
  • Dr. Jean-Luc Jaffrezo, DR2 (directeur de recherche), LGGE, Université Joseph Fourrier (rapporteur)
  • Pr. Catherine Liousse, Laboratoire d'Aérologie, Université Paul Sabatier (rapporteur)
  • Dr. Jean-Luc Ponche, LMSPC, Université de Strasbourg (examinateur)
  • Pr. Christian Seigneur, CEREA, École des ponts, ParisTech (co-directeur de thèse)
  • Dr. Charbel Afif, Centres d'analyses et de recherche, Faculté des Sciences, Université Saint Joseph, Beyrouth, Liban (co-directeur de thèse)

  Résumé : Les travaux menés durant cette thèse s'inscrivent dans un objectif de l'étude de la qualité de l'air à Beyrouth en se concentrant plus spécifiquement sur les aérosols organiques :

  • Développement d'un inventaire des émissions pour les gaz et les particules pour le Liban avec une résolution spatiale de 5 km x 5 km et pour la capitale Beyrouth avec une résolution spatiale de 1 km x 1 km.
  • Caractérisation des concentrations des polluants et plus spécialement la fraction organique des particules, grâce à deux campagnes de mesures intensives de 15 jours chacune dans la banlieue de Beyrouth.
  • Simulation des concentrations ambiantes des polluants à Beyrouth pour le mois de juillet 2011 à partir de données de l'inventaire des émissions développé dans le cadre de cette thèse en utilisant le modèle de chimie-transport Polyphemus/Polair3D.

• Jeudi 15 décembre 2011: Youngseob Kim a soutenu avec succès sa thèse de doctorat :

  Titre de la thèse: Modélisation de la qualité de l'air: Évaluation des paramétrisations chimiques et météorologiques.

  Lieu de la soutenance : au 19, rue Alfred Nobel, FR-77420 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Freyssinet (bâtiments Nobel)

  Jury:

  • Pr. Bernard Aumont, Université Paris-Est (president)
  • Dr. Olivier Boucher, CNRS, Université Pierre et Marie Curie (examinateur)
  • Pr. émérite Robert, Rosset Université Paul Sabatier (examinateur)
  • Dr. Yves Balkanski, IPSL/LSCE (rapporteur)
  • Dr. Sylvain Dupont, INRA (rapporteur)
  • Mme Deborah Luecken US EPA (examinateur)
  • Dr. Karine Sartelet, CEREA (co-directeur de thèse)
  • Pr. Christian Seigneur École des Ponts ParisTech, CEREA (directeur de thèse)

  Résumé: L'influence des paramétrisations chimiques et météorologiques sur les concentrations de polluants calculées avec un modèle de qualité de l'air est étudiée. L'influence des différences entre deux mécanismes chimiques de la phase gazeuse sur la formation d'ozone et d'aérosols en Europe est faible en moyenne. Pour l'ozone, les fortes différences observées localement proviennent principalement de l'incertitude associée à la cinétique des réactions d'oxydation du monoxyde d’azote (NO) d'une part et de la représentation des différents chemins d'oxydation des composés aromatiques d'autre part. Les concentrations d'aérosols sont surtout influencées par la prise en compte des précurseurs majeurs d'aérosols secondaires et le traitement explicite des régimes chimiques correspondant au niveau d'oxydes d'azote (NOx). L'influence des paramétrisations météorologiques sur les concentrations d'aérosols et leur répartition verticale est évaluée sur l'Île de France par comparaison à des données lidar. L'influence de la paramétrisation de la dynamique de la couche limite atmosphérique est importante ; cependant, c’est l'utilisation d'un modèle de canopée urbaine qui permet d’améliorer considérablement la modélisation de la répartition verticale des polluants.

• Mercredi 14 décembre 2011 à 14h00: Damien Garaud a soutenu avec succès sa thèse de doctorat.

  Titre de la thèse: Estimation des incertitudes et prévision des risques en qualité de l'air

  Lieu de la soutenance : au 19, rue Alfred Nobel, FR-77420 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Freyssinet (bâtiments Nobel)

  Jury:

  • Pr. Matthias Beekmann, CNRS (president)
  • Pr. Serge Guillas, University College London (rapporteur)
  • Dr. Jean-Luc Ponche, Université de Strasbourg (rapporteur)
  • Dr.Frédérik Meleux, INERIS (examinateur)
  • Dr. Isabelle Herlin, INRIA (directeur de thèse)
  • Dr. Vivien Mallet, INRIA (co-directeur de thèse)

  Résumé : Ce travail porte sur l'estimation des incertitudes et la prévision de risques en qualité de l'air. Il consiste dans un premier temps à construire un ensemble de simulations de la qualité de l'air qui prend en compte toutes les incertitudes liées à la modélisation de la qualité de l'air. Des ensembles de simulations photochimiques à l'échelle continentale ou régionale sont générés automatiquement. Ensuite, les ensembles générés sont calibrés par une méthode d'optimisation combinatoire qui sélectionne un sous-ensemble représentatif de l'incertitude ou performant (fiabilité et résolution) pour des prévisions probabilistes. Ainsi, il est possible d'estimer et de prévoir des champs d'incertitude sur les concentrations d'ozone ou de dioxyde d'azote, ou encore d'améliorer la fiabilité des prévisions de dépassement de seuil. Cette approche est ensuite comparée avec la calibration d'un ensemble Monte Carlo. Ce dernier, moins dispersé, est moins représentatif de l'incertitude. Enfin, on a pu estimer la part des erreurs de mesure, de représentativité et de modélisation de la qualité de l'air

• Novembre 2011; Marie Dumont, inscrite au Cerea pour son doctorat, a obtenu un des « Prix solennels de Chancellerie » délivrés par la Chancellerie des Universités de Paris : le Prix en Sciences - Prix Aguirre-Basualdo et ce pour sa thèse intitulée * "Détermination de l'albédo des surfaces enneigées par télédétection - Application à la reconstruction du bilan de masse du glacier de Saint Sorlin", effectuée au Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l'Environnement à Grenoble.

• Vendredi 18 Novembre 2011: Yongfeng Qu a soutenu sa thèse de doctorat avec succés!

• Vendredi 18 Novembre 2011 à 14h30: soutenance de la thèse de Yongfeng Qu

  Titre de la thèse: Modélisation tri-dimensionnelle des échanges radiatifs et convectifs dans l'atmosphère urbaine

  Lieu de la soutenance : au 19, rue Alfred Nobel, FR-77420 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Freyssinet (bâtiments Nobel)

  Jury:

  • Dr. Majorie MUSY, CERMA (rapporteur)
  • Dr. Valéry MASSON, Météo-France (rapporteur)
  • Pr. Jean François SINI - École Centrale de Nantes (examinateur)
  • Pr. Jean Philippe GASTELLU-ETCHEGORRY, CESBIO (examinateur)
  • Pr. Marina K.A. NEOPHYTOU, University of Cyprus (examinateur)
  • Dr. Patrice G. MESTAYER, IRSTV (examinateur)
  • Dr. Bertrand CARISSIMO, CEREA (directeur de thèse)
  • Dr. Maya MILLIEZ, CEREA
  • Dr. Luc MUSSON-GENON, CEREA

  Résumé : Dans de nombreuses études micrométéorologiques, les modèles numériques prenant en compte les bâtiments considèrent généralement l'atmosphère comme neutre. Néanmoins, les transferts radiatifs urbains jouent un rôle important en raison de leur influence sur le bilan énergétique. Afin de prendre en compte le rayonnement atmosphérique et les effets thermiques des bâtiments dans les simulations de l'écoulement atmosphérique et la dispersion des polluants en milieux urbains, nous avons développé un modèle de rayonnement atmosphérique tridimensionnel (3D), dans le module atmosphérique du code de mécanique des fluides Code_Saturne. Le schéma radiatif a été précédemment validé avec des cas idéalisés, en utilisant dans un premier temps, un champ constant de vent 3D. Dans ce travail, le couplage des schémas radiatifs et thermiques avec le modèle dynamique est évalué. L'objectif de la première partie est de valider le couplage complet avec les mesures de la campagne de mesure américaine 'Mock Urban Setting Test' (MUST) sur des géométries simples. La deuxième partie traite deux approches différentes pour modéliser les échanges radiatifs en milieu urbain avec une comparaison entre Code_Saturne et SOLENE. La troisième partie utilise le couplage complet pour montrer l'apport du modèle de transfert radiatif sur l'écoulement de l'air dans des conditions de faible vitesse du vent dans une canopée 3D. Dans la dernière partie, nous utilisons le couplage dynamique-radiatif pour simuler un environnement urbain réel et valider le modèle avec les données expérimentales de la campagne 'Canopy and Aerosol Particle Interactions in TOulouse Urban Layer' (CAPITOUL).

• Octobre 2011: Florian Couvidat, doctorant au Cerea, a reçu le prix Jean Bricart de l'Association Française d'Etudes et de Recherches sur les Aérosols (ASFERA) pour ses travaux sur les aérosols organiques atmosphériques.

• Mai 2010: résumé de la visite du Cerea en Chine (télécharger ici)

• 29 Mars 2010: publication de la version finale du rapport du comité de l'AERES

• Vendredi 19 Février 2010: Rachid Abida a soutenu sa thèse de doctorat avec succés!

• Vendredi 19 Février 2010 à 14h30: soutenance de la thèse de Rachid Abida

  Titre de la thèse: Construction optimale de réseaux fixes et mobiles pour la surveillance opérationnelle des rejets atmosphériques accidentels

  Lieu de la soutenance : au 19, rue Alfred Nobel, FR-77420 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Freyssinet (bâtiments Nobel)

  Jury:

  • M. Philippe Naveau (rapporteur)
  • M. Hans Wackernagel (rapporteur)
  • M. Olivier Isnard (examinatrice)
  • M. Anda Ionescu (examinateur)
  • M. Werner G. Müller (directeur de thèse)
  • M. Marc Bocquet (directeur de thèse)

  Résumé :

• Jeudi 21 Janvier 2010: Hossein Malakooti a soutenu sa thèse de doctorat avec succés!

• Jeudi 21 Janvier 2010 à 14h00: soutenance de thèse de Hossein Malakooti

  Titre: Meteorology and air-quality in a mega-city: application to Tehran, Iran

  Lieu : 19, rue Alfred Nobel, FR-77420 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Freyssinet (bâtiments Nobel)

  Jury:

  • M. Alain Clappier (examinateur)
  • M. Abbas-Ali Ali-Akbari Bidokhti (examinateur)
  • M. Matthias Beekmann (rapporteur)
  • M. Sylvain Dupont (rapporteur)
  • M. Maya Milliez (rapporteur)
  • M. Bruno Sportisse (Thesis supervisor)

  Summary : Tehran, capital of Iran, is located over a complex terrain with moderate to dry climate. The environmental problem that affects people more than any other in Tehran mega-city is air pollution. Sources of error in chemical-transport modeling processes may be grouped in three main categories, (I) emissions, (II) transport (including deposition) and (III) chemistry (including phase change). In this work, we tried to improve the quality of emission databases (part 1) and also meteorological simulations (part 2) in order to improvements of Tehran air quality calculations.

  1) Development and Evaluation of high resolution Emission Inventory An emission inventory of air pollutants and an inventory of heat generation were developed and updated for 2005 in this work. Emissions from on-road motor vehicles constitute a major portion of the emission inventory and play the most important role in terms of contributions of air pollutants to the atmosphere in Tehran. By using a detailed methodology, we calculated spatial and temporal distributions of the anthropogenic heat flux (Qf) for Tehran during 2005. Wintertime Qf is larger than summertime Qf, which reflects the importance of heating emissions from buildings and traffic during cold and warm period respectively.

  2) Local Meteorology and Urbanization Effects The influence of a mega-city on the atmospheric boundary layer and surface conditions was examined in Tehran region using the Pennsylvania State University/National Center for Atmospheric Research fifth-generation Mesoscale Model (MM5) during a high pollution period. In addition, model sensitivity studies were conducted to evaluate the performance of the urban canopy and urban soil model "SM2-U (3D)" parameterization on the meteorological fields. The topographic flows and urban effects were found to play important roles in modulating the wind and temperature fields, and the urbanized areas exerted important local effects on the boundary layer meteorology. Different urban parameterizations were used as a tool to investigate the modifications induced by the presence of an urban area in the area of interest. It was found that, for local meteorological simulations, the drag-force approach coupled with an urban soil model (DA-SM2-U) is preferable to the roughness approach (RA-SLAB). The comparisons indicated that the most important features of the wind, temperature and turbulent fields in urban areas are well reproduced by the DA-SM2-U configuration with the anthropogenic heat flux being taken into account (i.e., "DA-SM2-U Qf: On" option). This modeling option showed that the suburban part of the city is dominated by topographic flows whereas the center and south of Tehran are more affected by urban heat island (UHI) forcing especially during the night.

  3) Sensitivity and improvements of Tehran air quality calculations using different meteorological urban parameterization * The chemical transport modeling, including a model sensitivity study, was used to investigate the impact of the different urban parameterization on the dispersion and formation of pollutants over the Tehran region. Results show that applying DA approaches leads to significant improvements in the simulated spatial and temporal distribution of air pollutant concentrations in the city area and affects significantly the size of the urban plumes.

• Mardi 12 Janvier 2010: Xiaojing Zhang a soutenu sa thèse de doctorat avec succés!

• Mardi 12 Janvier 2010 à 14h00: soutenance de la thèse de Xiaojing Zhang

  Titre de la thèse: Modélisation du brouillard durant la campagne ParisFog : approche prédictive et étude de l'effet des hétérogénéités spatiales

  Lieu de la soutenance : au 19, rue Alfred Nobel, FR-77420 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Freyssinet (bâtiments Nobel)

  Jury:

  • M. Jean-Pierre Chollet, Université Joseph Fourier (rapporteur)
  • M. Yves Brunet, INRA Bordeaux (rapporteur)
  • Mme. Andréa Flossmann, Université Blaise Pascal (examinatrice)
  • M. Patrick J. Mascart, Université Paul Sabatier (examinateur)
  • M. Martial Haeelin, IPSL (examinateur)
  • M. Thierry Bergot, Météo-France (directeur de thèse)
  • M. Luc Musson-Genon, EDF R&D (co-directeur de thèse)

  Résumé : Dans le domaine de la modélisation du brouillard ou des nuages bas, la compréhension précise des interactions complexes entre la turbulence, la microphysique, et le rayonnement reste un enjeu majeur pour améliorer la prévision numérique. Si l'amélioration de la modélisation du brouillard est un enjeu important pour la prévision dans le domaine du transport, elle l'est aussi dans le domaine industriel en raison de ses rejets atmosphériques (aéroréfrigérants industriels, brouillards pollués, . . . ) La version 1D de Code_Saturne a été utilisée pour la simulation du brouillard sur les données de la campagne ParisFog réalisée sur le site du SIRTA pendant l'hiver 2006-2007. La simulation des cas observés a permis de montrer que le modèle était capable de reproduire correctement les principaux processus mis en jeu dans le brouillard depuis sa formation jusqu'à sa dissipation. Une étude de sensibilité aux différentes paramétrisations physiques choisies a montré que la dynamique du brouillard est particulièrement sensible à la fermeture turbulente, la teneur en eau à la sédimentation, et le spectre des gouttes au schéma de nucléation. La mise en oeuvre de Code_Saturne 1D sur une longue période en mode prédictif a montré la robustesse de nos choix et l'apport du couplage par nudging avec un modèle de méso-échelle à 36 heures d'échéance. La version 3D de Code_Saturne nous a permis d'étudier l'effet des hétérogénéités spatiales du site SIRTA sur la formation du brouillard. Dans un premier temps, les calculs ont été effectués sur le site considéré comme homogène horizontalement, sans la prise en compte des hétérogénéités. Il s'agissait ici de comparer la version 3D de Code_Saturne en mode RANS avec l'ensemble des paramétrisations physiques concernant le brouillard avec la version 1D. Ensuite, les effets de la prise en compte de la rugosité, des zones boisées et des bâtiments ont été étudiés.

• Mardi 15 Décembre 2009: Irène Bourdin-Korsakissok a soutenu sa thèse de doctorat avec succés!

• Mardi 15 Décembre 2009 à 14h30: soutenance de la thèse de Irène Bourdin-korsakissok

  Titre de la thèse: Changements d'échelle en modélisation de la qualité de l'air et estimation des incertitudes associées

  Lieu de la soutenance : au 19, rue Alfred Nobel, FR-77420 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Freyssinet (bâtiments Nobel )

  Jury:

  • M. Richard Perkins (rapporteur)
  • M. Robert Rosset (rapporteur)
  • M. Serge Guillas (examinateur)
  • M. Olivier Isnard (examinateur)
  • M. Vivien Mallet (co-directeur de thèse)
  • M. Bruno Sportisse (directeur de thèse)
  • M. Philippe Lameloise (invité)
  • Mme Laurence Rouïl (invitée)

  Résumé : L'évolution des polluants dans l'atmosphère dépend de phénomènes variés, tels que les émissions, la météorologie, la turbulence ou les transformations physico-chimiques, qui ont des échelles caractéristiques spatiales et temporelles très diverses. Il est très difficile, par conséquent, de représenter l'ensemble de ces échelles dans un modèle de qualité de l'air. En particulier, les modèles eulériens de chimie-transport, couramment utilisés, ont une résolution bien supérieure à la taille des plus petites échelles. Cette thèse propose une revue des processus physiques mal représentés par les modèles de qualité de l'air, et de la variabilité sous-maille qui en résulte. Parmi les méthodes possibles permettant de mieux prendre en compte les différentes échelles, deux approches ont été développées : le couplage entre un modèle local et un modèle eulérien, ainsi qu'une approche statistique de réduction d'échelle. Couplage de modèles L'une des principales causes de la variabilité sous-maille réside dans les émissions, qu'il s'agisse des émissions ponctuelles ou du trafic routier. En particulier, la taille caractéristique d'un panache émis par une cheminée est très inférieure à l'échelle spatiale bien résolue par les modèles eulériens. Une première approche étudiée dans la thèse est un traitement sous-maille des émissions ponctuelles, en couplant un modèle gaussien à bouffées pour l'échelle locale à un modèle eulérien (couplage appelé panache sous-maille). L'impact de ce traitement est évalué sur des cas de traceurs passifs à l'échelle continentale (ETEX-I et Tchernobyl) ainsi que sur un cas de photochimie à l'échelle de la région parisienne. Différents aspects sont étudiés, notamment l'incertitude due aux paramétrisations du modèle local, ainsi que l'influence de la résolution du maillage eulérien. Réduction d'échelle statistique Une seconde approche est présentée, basée sur des méthodes statistiques de réduction d'échelle. Il s'agit de corriger l'erreur de représentativité du modèle aux stations de mesures. En effet, l'échelle de représentativité d'une station de mesure est souvent inférieure à l'échelle traitée par le modèle (échelle d'une maille), et les concentrations à la station sont donc mal représentées par le modèle. En pratique, il s'agit d'utiliser des relations statistiques entre les concentrations dans les mailles du modèle et les concentrations aux stations de mesure, afin d'améliorer les prévisions aux stations. L'utilisation d'un ensemble de modèles permet de prendre en compte l'incertitude inhérente aux paramétrisations des modèles. Avec cet ensemble, différentes techniques sont utilisées, de la régression simple à la décomposition en composantes principales, ainsi qu'une technique nouvelle appelée "composantes principales ajustées". Les résultats sont présentés pour l'ozone à l'échelle européenne, et analysés notamment en fonction du type de station concerné (rural, urbain ou périurbain).

• 13 Août 2009: publication du rapport d'activité 2008

• Mardi 17 Février 2009: Christian Seigneur a soutenu son Habilitation à Diriger des Recherches avec succés!

• Mardi 17 Février 2009 à 14h: soutenance d'Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) de Christian Seigneur

  Titre de l'HDR: Modélisation du mercure atmosphérique

  Lieu de la soutenance : au 19, rue Alfred Nobel, FR-77420 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Freyssinet (bâtiments Nobel )

  Jury:

  • Professeur Lyatt Jaeglé, Université de Washington
  • Dr. Laurier Poissant, Environnement Canada
  • Professeur Christophe Ferrari, Université de Grenoble
  • Professeur Robert Rosset, Université de Toulouse
  • Professeur Bernard Aumont, Université Paris 12 / Paris-Est

• Février 2009: publication du dossier concernant l'évaluation du CEREA par l'AERES

  • Présentation du bilan et du projet du CEREA (en français) .
  • Bilan de l'activité de recherches du CEREA pour la période 2004-2008 (en français/anglais) .
  • Projet scientifique du CEREA pour la période 2010-2013 (en français/anglais) .

• Vendredi 12 Décembre 2008: Laurent Laporte a soutenu sa thèse de doctorat avec succés!

• Avril 2008: publication du dossier de recherche de l'Ecole des Ponts - CEREA

  Téléchargeable ici .

• Vendredi 28 Mars 2008: Solen Queguiner a soutenu sa thèse de doctorat avec succés!

• Vendredi 28 Mars 2008 à 14h: soutenance de la thèse de Solen Queguiner

  Titre de la thèse: Modélisation couplée atmosphère-sol-végétation pour l'évaluation de l'impact des rejets atmosphériques des métaux lourds et des polluants organiques persistants

  Lieu de la soutenance : au 19, rue Alfred Nobel, FR-77420 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Freyssinet (bâtiments Nobel )

  Jury:

  • M. Pierre Cellier (rapporteur)
  • M. Dimosthenis Sarigiannis (rapporteur)
  • Mme. Evelyne Gehin (examinatrice)
  • Mme. Laurence Rouil (examinatrice)
  • M. Philippe Ciffroy (examinateur)
  • M. Jean-Marie Mouchel (directeur de thèse)
  • M. Luc Musson-Genon (examinateur invité)

• Mardi 18 Décembre 2007: Marc Bocquet a soutenu son Habilitation à Diriger des Recherches avec succés!

• Mardi 18 Décembre 2007 à 14h: soutenance d'Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) de Marc Bocquet

  Titre de l'HDR: Modélisation inverse et assimilation de données non-gaussiennes pour les traceurs atmosphériques. Application à ETEX, Algésiras et Tchernobyl

  Lieu de la soutenance : au 19, rue Alfred Nobel, FR-77420 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Freyssinet (bâtiments Nobel )

  Jury:

  • M. Philippe Ciais (examinateur)
  • M. Hendrik Elbern (examinateur)
  • M. Nicolas Florsch (examinateur)
  • M. François-Xavier Le Dimet (rapporteur)
  • M. Bruno Sportisse (invité)
  • M. Olivier Talagrand (rapporteur)
  • M. Albert Tarantola (rapporteur)

• Vendredi 30 Novembre 2007: Emmanuel Demaël a soutenu sa thèse de doctorat avec succés!

• Vendredi 30 Novembre 2007 à 14h: soutenance de la thèse d'Emmanuel Demaël

  Titre de la thèse: Modélisation de la dispersion atmosphérique en milieu complexe et incertitudes associées

  Lieu de la soutenance : au 19, rue Alfred Nobel, FR-77420 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Freyssinet (bâtiments Nobel )

  Jury:

  • M. Jean-Pierre Chollet (rapporteur)
  • M. Jean-François Sini (rapporteur)
  • M. Richard Perkins (examinateur)
  • M. Olivier Isnard (examinateur)
  • M. Pierre Roubin (examinateur)
  • M. Bertrand Carissimo (directeur de thèse)

  Résumé : L'étude de l'impact des rejets atmosphériques industriels ou de scenarii accidentels nécessite aujourd'hui l'utilisation d'outils numériques. A l'échelle locale, les modèles à formulation gaussienne sont les plus utilisés par les équipes opérationnelles, présentant l'avantage d'être économiques en terme de coût de calcul. Ils peuvent en revanche s'avérer partiellement ou totalement inadaptés aux cas complexes où la dispersion des effluents est fortement influencée par la présence de bâtiments et/ou d'un relief accidenté. Dans de telles situations, les modèles CFD (Computational Fluid Dynamics) atmosphériques, dont ceux fondés sur une approche RANS (Reynolds Average Navier Stokes), offrent une alternative intéressante mais augmentent considérablement le coût numérique. Au cours de cette thèse, des réponses sont apportées quant à l'intérêt offert par les modèles CFD associés à une approche RANS, à l'instar du modèle Mercure_Saturne, pour la modélisation de la dispersion en champ proche et en environnement complexe. Dans un premier temps, ces différentes approches sont comparées sur une expérience de rejet surfacique en terrain plat que constitue la campagne Prairie Grass, permettant d'évaluer sur un cas simple Mercure_Saturne par rapport à la formulation gaussienne. Les paramétrisations des écart-types de la dispersion retenues sont ici celles de Briggs (1973) et Doury (1976). Mercure_Saturne est ensuite comparé à la plateforme de dispersion ADMS (Atmospheric Dispersion Modeling System) pour la modélisation de la dispersion atmosphérique sur le site du CNPE (Centre Nucléaire de Production d'Electricité) de Bugey, dont l'orientation des bâtiments par rapport aux directions moyennes du vent influence grandement les processus dispersifs. Cette étude s'appuie sur des mesures en soufflerie réalisées en amont par le LMFA (Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique, Ecole Centrale de Lyon). Dans un dernier temps, la comparaison se poursuit par la modélisation de la dispersion sur le site CNPE de Flamanville dont la particularité est la présence d'une falaise abrupte accolée aux bâtiments. Encore une fois, des données en soufflerie fournies par le LMFA servent de support à l'évaluation des modèles. Enfin, une attente concerne aujourd'hui l'incertitude portant sur les prédictions des modèles, liée à celle inhérente aux données d'entrée. Dans ce but, nous proposons ici deux approches permettant d'y répondre dans le cas précis de la modélisation de la dispersion sur le site CNPE de Bugey à l'aide du modèle Mercure_Saturne. La première, très connue, est la méthode de Monte-Carlo qui permet de quantifier dans le même temps l'incertitude globale sur les valeurs de Coefficients de Transfert Atmosphérique au niveau du sol et l'influence de chacune des sources d'incertitudes. La seconde, la méthode de Morris, permet de hiérarchiser ces mêmes sources d'incertitude par une approche qualitative.

• Vendredi 16 Novembre 2007: Marilyne Tombette a soutenu sa thèse de doctorat avec succés!

• Vendredi 16 Novembre 2007 à 14h: soutenance de la thèse de Marilyne Tombette

  Titre de la thèse: Modélisation des aérosols et de leurs propriétés optiques sur l'Europe et l'Ile de France: validation, sensibilité et assimilation de données

  Lieu de la soutenance : au 19, rue Alfred Nobel, FR-77420 Champs-sur-Marne, dans l'amphithéatre Freyssinet (bâtiments Nobel )

  Jury:

  • M. Matthias Beekmann (rapporteur)
  • M. Robert Rosset (rapporteur)
  • M. Kees Cuvelier (examinateur)
  • M. Olivier Boucher (examinateur)
  • M. Patrick Chazette (directeur de thèse)
  • M. Bruno Sportisse (co-directeur de thèse)

  Résumé : Les aérosols constituent un enjeu important pour l'étude de l'atmosphère. En effet, ils ont des conséquences sanitaires néfastes, modifient la visibilité et ont sur le bilan radiatif des effets directs (absorption/réfraction de la lumière), semi-directs (modification du profil vertical de température) et indirects (impact sur la formation des nuages en tant que noyaux de condensation). Leur modélisation est particulièrement complexe, aussi bien physiquement que numériquement. L'objectif de cette thèse est d'évaluer les performances et les limitations des systèmes de modélisation des aérosols aux échelles régionales et continentales. Quelle est la robustesse des modèles et des évaluations des performances des modèles par comparaison avec des données mesurées? Quel peut être l'apport des systèmes d'assimilation de données? Une première partie porte sur l'évaluation d'un modèle d'aérosols résolu en taille au sein de la plateforme Polyphemus sur des cas régionaux (Europe et Ile-de-France) pour plusieurs bases de données. Les indicateurs sont les masses totales (comme les PM10, particules de diamètre inférieur 10 micromètres), la composition chimique et la granulométrie. Les sorties du modèle ont été adaptées afin de pouvoir être comparées des données optiques (épaisseur optique, coefficient d'extinction) issues de photomètres ou de lidars. Une deuxième partie du travail de thèse a consisté à étudier la sensibilité du modèle à différentes paramétrisations physiques et méthodes numériques. Sur cette base, les méthodes de prévision d'ensemble pour les aérosols donnent des résultats préliminaires encourageants. Une dernière partie étudie l'apport éventuel d'un système d'assimilation de données. La méthode d'interpolation optimale a ainsi été utilisée afin d'assimiler des données de PM10 au sol. L'impact de l'assimilation sur les résultats en prévision a été évalué.

  
  
  

• 15 Juin 2007: réunion du comité scientifique

  Le comité scientifique du CEREA a pour but d'évaluer la qualité scientifique des projets de recherche menés au CEREA. Cette réunion constitue l'étape finale de l'évaluation du CEREA pour la période 2003-2007. Rapports disponibles: Rapport Prospectives 2008-2011 et Rapport d'activité 2003-2007

• Juin 2007: publication du rapport d'activité 2006

• novembre 2006 -- avril 2007: PARISFOG

  l'Equipe Mesures du CEREA participe à l'équipement du site du SIRTA et à la campagne de mesures PARISFOG.

• 15 Septembre 2006: Journée du comité scientifique. "Programme".

  Cette journée constitue la première étape de l'évaluation du CEREA, qui aura lieu l'année prochaine. Durant cette journée les chercheurs du CEREA ont présenté au comité scientifique leurs principaux résultats et actions de l'année passée ainsi que leur perspectives de recherche. Certaines des présentations sont disponibles sur la page dédiée à cette journée.