CDD - Modélisation de la dispersion atmosphérique

Présentation

Durée : 18 mois

Contexte
L’impact sanitaire et environnemental des rejets atmosphériques fait l’objet de
réglementations européennes et nationales qui obligent par exemple EDF à évaluer
l’impact de ses propres émissions. Cet impact, qui doit être estimé à différentes
échelles spatiales, est fortement dépendant des conditions météorologiques,
notamment du vent et de la turbulence.
En particulier, il est nécessaire d’inclure dans les calculs de dispersion les situations de
vent faible à calme car elles correspondent a priori à des conditions pénalisantes,
favorisant la stagnation des polluants et pouvant donc conduire à des concentrations
très élevées. De plus, leur occurrence peut être relativement fréquente sur certains
sites. Or, ces situations s’avèrent difficiles à modéliser, quelle que soit l’approche
considérée, pour différentes raisons. D’une part, le cadre théorique utilisé pour
modéliser la couche limite atmosphérique n’est plus valide pour un vent moyen qui
tend vers 0. D’autre part, les hypothèses faites habituellement pour représenter la
dispersion à l’aide d’un modèle de panache gaussien ne sont pas valides dans ces
situations, rendant nécessaire une autre solution des équations. Les modèles de CFD,
qui résolvent les équations de Navier-Stokes, se heurtent de leur côté à la difficulté de
traiter correctement la fermeture turbulente.
Programme de travail
Un premier axe sera dédié à la dispersion atmosphérique autour d’un site de
production à une échelle de quelques km. A cette échelle (suffisamment loin des
bâtiments), les outils privilégiés sont des modèles de type gaussien, plus légers à
mettre en oeuvre que les modèles de CFD. Le travail consistera à mettre en oeuvre,
sur deux cas-tests, plusieurs modèles gaussiens présentant des caractéristiques
différentes, et à les comparer aux mesures de ces deux cas-tests. Ces mesures sont
issues de deux campagnes de traçage, focalisées sur des situations de vent faible, au
cours desquelles la concentration d’un traceur passif rejeté en quantité connue a été
mesurée en plusieurs points.

Le programme de travail de ce premier axe comprendra les étapes suivantes :
- Prise en main des deux jeux de données, écritures de scripts de relecture et
traitement des données.
- Prise en main du modèle ADMS, modèle de panache gaussien développé par le
CERC (Cambridge Environmental Research Consultants). Ce modèle inclut une
option « vents faibles ».
- Développement d’un modèle de dispersion analytique basé sur la formulation
généralisée de panache gaussien, dans le cadre d’une diffusion de Fick dans
une atmosphère uniforme.
- Prise en main du modèle à bouffées gaussiennes de la plateforme Polyphemus
du CEREA. Ce modèle inclut différentes formulations des écart-types de
bouffées.
- Prise en main du modèle AERMOD, modèle de panache gaussien recommandé
pour les études réglementaires aux Etats-Unis par l’US-EPA (Environmental
Protection Agency). Ce modèle inclut un traitement spécifique des vents faibles.

Mise en oeuvre de ces 4 modèles sur les deux cas-tests, comparaison de leurs
résultats avec les mesures. Différentes configurations ou méthodologies de
mise en oeuvre seront testées, notamment pour prendre en compte le
méandrement, phénomène important en vent faible qui consiste en une
oscillation basse fréquence de la direction du vent. Par ailleurs, les
performances de ces différents modèles seront comparées à celles de
l’approche opérationnelle actuelle.
- Rédaction d’un rapport.
Un second axe sera consacré à des calculs de dispersion à longue distance à l’aide du
modèle de chimie-transport Polair3D développé au CEREA (et intégré dans la
plateforme Polyphemus). Ce modèle sera alimenté par des champs météorologiques
issus de réanalyses de grande échelle.

Profil recherché
- Ingénieur ou docteur en sciences de l’atmosphère
- Solide expérience en programmation (Linux, Fortran, C, Python) et dans
l’utilisation de codes scientifiques
Equipe d’accueil
Le Laboratoire d’accueil est le CEREA (Centre d’Enseignement et de Recherche en
Environnement Atmosphérique), Laboratoire commun EDF R&D – Ecole des Ponts
Paris-Tech, bi-localisé entre Champs sur Marne (ENPC), et Chatou (EDF R&D). Ses
activités de recherche sont centrées sur la pollution de l'air et la micro météorologie
des basses couches de l'atmosphère. Elles couvrent une gamme qui s'étend de la
recherche académique (modélisation des aérosols, assimilation de données et
modélisation inverse, dynamique de la couche limite atmosphérique) jusqu'aux études
d'impacts (impact des activités liées à la production d’électricité et aux transports), en
passant par la modélisation/prévision du transport réactif de polluants à l'échelle
régionale ou encore la modélisation aux petites échelles (pollution urbaine, thermique
des bâtiments). Le CEREA développe, valide et diffuse à la communauté scientifique
un ensemble de logiciels open source pour la modélisation atmosphérique, à travers la
plate-forme Polyphemus et Code_Saturne®. Les principaux domaines d’application
concernent (a) l’évaluation et la gestion des risques industriels, (b) l’évaluation des
productibles en énergies renouvelables et (c) l’appui à la prise de décisions en matière
de planification et de développement urbains.
Le travail sera principalement réalisé dans les locaux de l’Ecole des Ponts, à Champs
sur Marne, avec une présence épisodique dans les locaux de EDF-R&D à Chatou.
Candidature
Les personnes souhaitant soumettre leur candidature pour ce poste doivent envoyer
un CV et une lettre de motivation à :
Eric Dupont, chercheur expert à EDF-R&D et au CEREA: eric.dupont@edf.fr
Evelyne Landrieux, chef de projet à EDF-R&D : evelyne.landrieux@edf.fr
Pietro Bernardara, directeur du CEREA et chef du groupe « Environnement
Atmosphérique » à EDF-R&D: pietro.bernardara@edf.fr