L'influence des topoclimats sur la pollution de l'air aux particules dans le sud-ouest des Alpes-Maritimes - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2014

The influence of topoclimates on the PM air pollution in the southwest of the Alpes-Maritimes

L'influence des topoclimats sur la pollution de l'air aux particules dans le sud-ouest des Alpes-Maritimes

Résumé

In the Southeastern of France, the department of the Alpes-Maritimes is singular by contrasting terrain and is submitted to breezes and temperature inversions. The coastal urbanization contributes to the particulate matters emissions that are part of the most harmful substances to human health. Air pollution is not spread heavenly in time and space, of course. Topoclimates are one of the protagonists of air contamination within this mountainous coastal area. The focus of this thesis work is to understand why and how topoclimates have impact on the spatio-temporal variability of particle concentrations in the Southwest of the department, while considering that they are not alone to explain the concentrations. The researcher identified several objectives to answer this question and he gave priority to ground measures and modeling: - To explore data about the particulate matters and meteorological characteristics that were collected through the use of several measuring tools, in a fixed and travelling way, in different places and on various spatio-temporal scales; - To identify and characterize air flows at low altitude with CLB (Constant Level Balloon) and cross compare them with the measured levels PM10; - To chemically analyse PM10 to assess the contribution of the main sources of emission; - To test the capacity of an atmospheric dispersion software to simulate the impact of topoclimates on the spatio-temporal variety of PM10 on mountainous and uneven landscapes. The influence of topoclimates on the air pollution has been scientifically established. The main conclusion of these findings is that the alternate system of sea breeze carries in one direction and then the other, particles emitted in the coastal urban area. Most often, breezes are channelled and guided by topography. During the night and in the morning, the upstream breeze (land/mountain breeze) cleans the air over the front of the Pre-Alps. Inversely, during the day, the downstream flow (sea/valley breeze), carries upstream and up to the first pre-alpines heights, the particles that are emitted in the urban coastal areas. Regarding the role of temperature inversions, particles issued from the coastline as well as those nearby emitted in the air mass from the day before until the morning, travel and concentrate depending on the condition of stability and ventilation. Then, they are diluted in the early morning in a larger volume of air when the temperature inversion breaks. The inversion starts up again in the evening and the very same cycle begins again. The implication of these topoclimates, however certain, is relative. Indeed, the multi-causal nature of air contamination has been demonstrated. As a consequence, meteorology is not enough to explain the measured levels. Chemical analyses have shown evidence that biomass burning of any kind was probably responsible for a large part of the PM10 mass. This burnt biomass comes from wood domestic heating systems and from green wastes burning in ambiant air. Finally, the model of atmospheric dispersion that was run rigorously shows the effects of topoclimates on the spatio-temporal variety of PM10, although we could find some limits.
Dans le Sud-Est de la France, le département des Alpes-Maritimes, singulier du fait de son relief contrasté, est soumis au jeu des brises et inversions thermiques nocturnes. L'agglomération littorale contribue aux émissions de particules qui sont un des polluants les plus nocifs pour la santé humaine. La pollution de l'air n'est évidemment pas répartie de manière homogène dans le temps et dans l'espace. Les topoclimats sont un protagoniste de la pollution de l'air au sein de cet espace littoral montagneux. La problématique centrale de cette thèse consiste donc à comprendre pourquoi et comment les topoclimats influencent la variabilité spatio-temporelle des concentrations de particules dans le sud-ouest du département, tout en considérant qu'ils ne sont pas seuls à expliquer les concentrations. Afin de répondre à cette question, plusieurs objectifs privilégiant les mesures de terrain, et la modélisation ont été fixés : - exploiter des données de concentrations de particules et de variables météorologiques acquises à l'aide de plusieurs appareils de mesures, de manière fixe et itinérante, en plusieurs endroits et à différentes échelles spatio-temporelles ; - caractériser les écoulements d'air à faible altitude à l'aide de ballons équilibrés (dits CLB) et les mettre en relation avec les niveaux de PM10 mesurés ; - caractériser chimiquement les PM10 pour évaluer la contribution des principales sources d'émissions ; - tester la capacité d'un logiciel de dispersion atmosphérique à simuler en relief contrasté les effets des topoclimats sur la variabilité spatio-temporelle des PM10. L'influence des topoclimats sur la pollution de l'air particulaire a été établie. Il en ressort essentiellement que le régime alterné des brises thermiques transporte dans un sens puis dans l'autre les particules émises dans l'agglomération littorale. Le plus souvent, les brises se trouvent canalisées et guidées par la topographie. La nuit et le matin, la brise d'amont (brise de terre-montagne) nettoie l'air au front des Préalpes. A l'inverse, en journée, le régime de brise d'aval (brise de mer-vallée) transporte cette fois vers l'amont, et jusque sur les reliefs préalpins, les particules émises au sein de l'espace urbanisé côtier. Quant au rôle des inversions thermiques, les particules importées depuis la frange littorale ainsi que celles émises en proximité au sein de la masse d'air depuis la veille jusqu'au matin, se déplacent et se concentrent en fonction de l'état de stabilité et de ventilation. Puis, elles se diluent en début de journée dans un volume d'air plus grand lorsque l'inversion thermique se rompt. L'inversion se met de nouveau en place en soirée et ce cycle recommence. L'implication de ces topoclimats, si elle est certaine, reste cependant relative. En effet, le caractère multi-causal de la pollution de l'air a été démontré. La météorologie n'est donc pas suffisante pour expliquer les niveaux mesurés. Les analyses chimiques ont révélé que la combustion de biomasse en tout genre était probablement responsable d'une part importante de la masse des PM10. Cette biomasse brûlée provient en l'occurrence du chauffage domestique au bois et des brûlages à l'air libre de déchets verts. Enfin, malgré certaines limites, la modélisation de la dispersion atmosphérique représente fidèlement les effets des topoclimats sur la variabilité spatio-temporelle des PM10.
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Dates et versions

tel-00959704 , version 1 (15-03-2014)
tel-00959704 , version 2 (07-04-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00959704 , version 1

Citer

Nicolas Michelot. L'influence des topoclimats sur la pollution de l'air aux particules dans le sud-ouest des Alpes-Maritimes. Géographie. Université Nice Sophia Antipolis, 2014. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00959704v1⟩
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