Letteratura scientifica selezionata sul tema "Transports routiers – Environnement – Liban"

Face aux problèmes sanitaires et environnementaux liés à la pollution atmosphérique au Liban, les études se multiplient pour permettre une bonne compréhension de la situation, dont des mesures de la qualité de l’air et des études sur les émissions de polluants et sur la modélisation des concentrations dans l’atmosphère à l’aide du modèle de chimie transport (CTM) de WRF/Polyphemus. Pour modéliser la qualité de l’air au Liban, les études précédentes se sont heurtées à différentes difficultés dont : une surestimation des concentrations d’ozone d’un facteur 2 dans les résultats de la modélisation WRF/Polyphemus pour l’été 2012, un profil d’émission des COV issus du transport routier différent de ceux que l’on trouve dans les pays développés. De cela dérivent les objectifs de cette thèse : améliorer les performances de Polyphemus pour le Liban, notamment en améliorant la représentation des conditions aux limites du modèle, évaluer le modèle pour l’année 2014 vis-à-vis des nouvelles observations du réseau national de la qualité de l’air, mesurer les facteurs d’émissions du transport routier dans un tunnel à Beyrouth et les comparer aux données des pays développés. Afin d’améliorer les performances du CTM pour le Liban, cette thèse compare les concentrations simulées avec deux inventaires d’émissions différents et avec différentes méthodes de calcul des conditions aux limites. Pour les émissions, deux inventaires sont comparés : un inventaire récemment mise en place pour le Liban et l’inventaire d’émission global EDGAR-HTAP, qui combine des émissions mesurées pour les pays développés et des émissions modélisées pour les autres pays. Bien que cet inventaire soit couramment utilisé dans les modèles globaux de qualité de l’air d’importantes différences d’estimation et de distribution spatiale sont identifiées par rapport à l’inventaire spécifique du Liban. Dans les simulations des études précédentes réalisées sur le Liban, les conditions aux limites étaient obtenues à partir de simulations globales avec le modèle MOZART-4. Un domaine régional sur le Moyen-Orient est introduit dans la chaine de modélisation afin d’amortir le changement de résolution entre les résultats le modèle global (≥ 1°) et le domaine du Liban (0.055°). Ce changement a permis d’améliorer considérablement les résultats de la modélisation des polluants au Liban, surtout pour l’ozone. Cette nouvelle configuration de modélisation (domaines emboités, Moyen Orient puis Liban) est ensuite employée pour la modélisation de l’année 2014 et évaluée vis-à-vis des observations faites par le réseau national de mesure de la qualité de l’air. Les performances du modèle pour la représentation des polluants de qualité de l’air sont satisfaisantes par rapport aux indicateurs disponibles dans la littérature. Cependant, la modélisation météorologique pourrait être améliorée, et il serait souhaitable de prendre en compte l’impact sur les émissions des changements démographiques entre l’année pour laquelle l’inventaire a été conçu (2011) et l’année modélisée (2014) en raison du déplacement de population suite à la guerre en Syrie.En ce qui concerne des facteurs d’émission (FE) du transport routier, nous avons effectué une campagne de mesure au tunnel Salim Slam à Beyrouth en 2014. Les facteurs d’émissions de différents polluants (CO, NOx, PM2.5, COV) ont été mesurés pour l’ensemble du trafic. En comparaison à la littérature, les FE locaux sont toujours supérieurs aux FE des pays développés même s’ils ont tendances à être réduits par rapport aux valeurs mesurés en 2000 suites aux changements du parc automobile et son évolution
Because of health and environmental problems related to air pollution in Lebanon, the number of studies investigating this matter has increased over the years to ensure a proper understanding of the situation, including measurements of air quality, studies on pollutant emissions and modeling of atmospheric concentrations using the chemistry transport model (CTM) WRF/Polyphemus. To model air quality in Lebanon, previous studies have identified several difficulties including: an overestimation of ozone concentrations by a factor of 2 in the modeling results of WRF/Polyphemus during summer 2012, a local VOC emission profile from road transport that is different from those found in developed countries. Consequently, the objectives of this thesis are: to improve the performance of Polyphemus over Lebanon by improving the boundary conditions of the simulation of, to evaluate the model for the year 2014 using new observations provided by the national air quality monitoring network, to measure emission factors from road transport in a tunnel in Beirut and compare those data to those observed in developed countries. To improve the performance of the CTM over Lebanon, this thesis compares the concentrations simulated with two different emission inventories and with different methods of estimating boundary conditions. For emissions, two inventories are compared: one that was recently set up specifically for Lebanon, and a global inventory, called EDGAR-HTAP, which combines measured emissions for developed countries and modelled emissions for the remaining countries Even though EDGAR-HTAP is commonly used in global air-quality models, significant differences in the estimation and the spatial distribution of the emissions are identified compared to the inventory specifically developed for Lebanon. In the simulations of the previous studies over Lebanon, boundary conditions were estimated using global simulations from the model MOZART-4. A regional domain over Middle East is introduced into the modeling chain to cushion the change in the horizontal resolution between the global model (≥ 1°) and the Lebanon domain (0.055°). The results from this change showed a significant improvement in the model performance over Lebanon, especially for ozone. This new modeling configuration (nested domains, Middle East and Lebanon is then used to model the year 2014 and it is evaluated using the observations provided by the national air quality monitoring network. For air-quality pollutants, the model performance is satisfactory, as using published criteria. However, weather modeling (Wind speed and Direction) should be improved, and we should take into account the impact on emissions of the demographic changes between the year for which inventory was designed (2011) and the modeled year (2014) due to the population displacement induced by the Syrian war.Concerning emission factors (EF) of road transport, we performed a measurement campaign at the Salim Slam tunnel in Beirut in 2014. The emission factors for the different pollutants (CO, NOx, PM2.5, VOC) were measured for the average traffic. Compared to other studies, the local EF are higher than those measured in developed countries even though they tend to be reduced, as a result of the changes in the fleet characteristics, compared to the values measured back in 2000

La connaissance des sources primaires (combustion des énergies fossiles, combustion de la biomasse, éruptions des volcans, etc.) et secondaires (oxydation des composés organiques volatils (COV) suivie de la condensation formant des composés organiques particulaires) de l'aérosol organique ainsi que la caractérisation et la quantification de sa composition chimique restent un défit majeur, en particulier dans la région du Moyen Orient où les études de caractérisation de l'aérosol organique n'existent pas jusqu'à présent. Le Liban, un pays du Moyen Orient qui se situe au bord du bassin méditerranéen, représente un bon exemple pour la caractérisation des aérosols organiques dans cette région. Les travaux menés durant cette thèse s'inscrivent dans un objectif de l'étude de la qualité de l'air à Beyrouth (la capitale du Liban) en se concentrant plus spécifiquement sur les aérosols organiques. Tout d'abord, cette thèse a permis le 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. Les résultats obtenus indiquent que le transport routier est la source majoritaire responsable des émissions de monoxyde de carbone (CO), d'oxydes d'azote (NOX) et de composés organiques volatils non méthaniques (COVNM), tandis que les industries et les centrales électriques sont les principaux émetteurs des émissions de dioxyde de souffre (SO2) et des particules primaires. Ensuite, afin de caractériser les concentrations des polluants et plus spécialement la fraction organique des particules, deux campagnes de mesures intensives de 15 jours chacune ont été menées sur un site semi-urbain situé dans la banlieue de Beyrouth. Une première campagne estivale s'est déroulée en juillet 2011 et une deuxième campagne hivernale en février 2012. Ces campagnes, qui s'inscrivent dans le cadre du projet ECOCEM (Emission and Chemistry of Organic Carbon in East Mediterranean Beirut) ont permis une spéciation moléculaire et une catégorisation des sources en été et en hiver de l'aérosol organique au site de mesures où les campagnes ont été menées. En été, les précurseurs biogéniques tels que les monoterpènes et les sesquiterpènes qui aboutissent à la formation des aérosols organiques secondaires biogéniques sont la principale source à cause de l'insolation intensive et les températures élevées qui favorisent les émissions et les réactions de photo-oxydations. En hiver, la combustion de la biomasse est la principale source en raison de la combustion du bois dans le secteur résidentiel pour le chauffage. Enfin, les concentrations ambiantes des polluants à Beyrouth ont été simulées durant 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. Les concentrations de polluants simulées avec le modèle ont été comparées aux concentrations mesurées durant la campagne estivale afin d'évaluer le modèle. Les résultats obtenus révèlent que le modèle est capable de simuler de manière satisfaisante les concentrations d'ozone (O3), de NOX et la plupart des composés présents dans les particules fines. Les différences entre le modèle et les mesures peuvent résulter des incertitudes dans les données d'entrée qui ont une très grande influence sur les sorties du modèle. Pour cela, une réduction des incertitudes engendrées par les données d'entrée et plus spécifiquement celles liées à l'inventaire des émissions est nécessaire. Par ailleurs, des mesures chimiques sur plusieurs sites sont aussi nécessaires dans le futur afin de mieux évaluer les simulations des concentrations de polluants
The chemical composition of PM2.5 includes both organic and inorganic compounds. Organic compounds, which constitute a significant fraction of the PM2.5 mass, can be emitted directly as primary aerosol from sources such as fossil-fuel combustion, biomass burning, and natural biogenic emissions, or formed in the atmosphere via chemical reactions leading to secondary organic aerosol (SOA) formation. SOA, which account for 20 – 80 % of total organic aerosol, are currently a major source of uncertainty in air quality modeling. The identification and quantification of the chemical composition of the organic fraction of PM2.5 and its source apportionment are of great interest, especially in the Middle East region where data on organic aerosols are currently lacking. Lebanon, a small developing country in the Middle East region located on the eastern shore of the Mediterranean basin represents a good example for characterizing organic aerosols in this region. To address this issue, the air quality in Beirut (the capital city of Lebanon) was investigated with a focus on organic aerosols. First, an air pollutant emission inventory was developed for Lebanon with a spatial resolution of 5 km x 5 km and for Beirut with a spatial resolution of 1 km x 1 km. The results obtained show that the road transport sector is the major contributor to carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx) and non-methane volatile organic compounds (VOC) emissions, whereas fossil fuel-fired power plants and large industrial plants are the major contributors to sulfur dioxide (SO2) and primary particulate matter (PM) emissions. Then, two intensive 15-day measurement campaigns were conducted at a semi-urban site located in a Beirut suburb to characterize air pollutant concentrations. The first measurement campaign took place in July 2011 and the second in February 2012. Measurements included PM2.5, organic carbon (OC) and elemental carbon (EC) mass concentrations as well as a molecular characterization of organic aerosols. Using these data, a source apportionment of organic aerosols was conducted for summer and winter. In summer, biogenic precursors such as monoterpenes and sesquiterpenes were the major source of OC due to intensive solar radiation and high ambient temperatures that promote biogenic VOC emissions and photo-oxidation reactions. In winter, biomass burning was the major source of organic aerosols because of the intensive use of wood burning for heating. Finally, air pollutant concentrations in Beirut were simulated for July 2011 with the Polyphemus/Polair3D chemical-transport model (CTM). The emission inventory mentioned above was used as input to the model. Meteorological simulations were conducted with the Weather Research and Forecasting model (WRF) using different configurations and the configuration leading to the best agreement with the observations was used to drive the air quality simulations. The simulated air pollutant concentrations were compared to the measured concentrations collected during the summer measurement campaign. The results show that the model reproduces satisfactorily the concentrations of ozone (O3), nitrogen dioxide (NO2), carbon monoxide (CO), and the major components of PM2.5. The differences obtained between the modeled and measured air pollutants concentrations are due in part to uncertainties in input data. Future studies should address the reduction of uncertainties such as those of the emission inventory. In addition, measurement campaigns involving several sites are needed to better characterize air pollution in Beirut and provide a more complete database to evaluate simulated air pollutant concentrations

Face aux problèmes sanitaires et environnementaux liés à la pollution atmosphérique au Liban, les études se multiplient pour permettre une bonne compréhension de la situation, dont des mesures de la qualité de l’air et des études sur les émissions de polluants et sur la modélisation des concentrations dans l’atmosphère à l’aide du modèle de chimie transport (CTM) de WRF/Polyphemus. Pour modéliser la qualité de l’air au Liban, les études précédentes se sont heurtées à différentes difficultés dont : une surestimation des concentrations d’ozone d’un facteur 2 dans les résultats de la modélisation WRF/Polyphemus pour l’été 2012, un profil d’émission des COV issus du transport routier différent de ceux que l’on trouve dans les pays développés. De cela dérivent les objectifs de cette thèse : améliorer les performances de Polyphemus pour le Liban, notamment en améliorant la représentation des conditions aux limites du modèle, évaluer le modèle pour l’année 2014 vis-à-vis des nouvelles observations du réseau national de la qualité de l’air, mesurer les facteurs d’émissions du transport routier dans un tunnel à Beyrouth et les comparer aux données des pays développés. Afin d’améliorer les performances du CTM pour le Liban, cette thèse compare les concentrations simulées avec deux inventaires d’émissions différents et avec différentes méthodes de calcul des conditions aux limites. Pour les émissions, deux inventaires sont comparés : un inventaire récemment mise en place pour le Liban et l’inventaire d’émission global EDGAR-HTAP, qui combine des émissions mesurées pour les pays développés et des émissions modélisées pour les autres pays. Bien que cet inventaire soit couramment utilisé dans les modèles globaux de qualité de l’air d’importantes différences d’estimation et de distribution spatiale sont identifiées par rapport à l’inventaire spécifique du Liban. Dans les simulations des études précédentes réalisées sur le Liban, les conditions aux limites étaient obtenues à partir de simulations globales avec le modèle MOZART-4. Un domaine régional sur le Moyen-Orient est introduit dans la chaine de modélisation afin d’amortir le changement de résolution entre les résultats le modèle global (≥ 1°) et le domaine du Liban (0.055°). Ce changement a permis d’améliorer considérablement les résultats de la modélisation des polluants au Liban, surtout pour l’ozone. Cette nouvelle configuration de modélisation (domaines emboités, Moyen Orient puis Liban) est ensuite employée pour la modélisation de l’année 2014 et évaluée vis-à-vis des observations faites par le réseau national de mesure de la qualité de l’air. Les performances du modèle pour la représentation des polluants de qualité de l’air sont satisfaisantes par rapport aux indicateurs disponibles dans la littérature. Cependant, la modélisation météorologique pourrait être améliorée, et il serait souhaitable de prendre en compte l’impact sur les émissions des changements démographiques entre l’année pour laquelle l’inventaire a été conçu (2011) et l’année modélisée (2014) en raison du déplacement de population suite à la guerre en Syrie.En ce qui concerne des facteurs d’émission (FE) du transport routier, nous avons effectué une campagne de mesure au tunnel Salim Slam à Beyrouth en 2014. Les facteurs d’émissions de différents polluants (CO, NOx, PM2.5, COV) ont été mesurés pour l’ensemble du trafic. En comparaison à la littérature, les FE locaux sont toujours supérieurs aux FE des pays développés même s’ils ont tendances à être réduits par rapport aux valeurs mesurés en 2000 suites aux changements du parc automobile et son évolution
Because of health and environmental problems related to air pollution in Lebanon, the number of studies investigating this matter has increased over the years to ensure a proper understanding of the situation, including measurements of air quality, studies on pollutant emissions and modeling of atmospheric concentrations using the chemistry transport model (CTM) WRF/Polyphemus. To model air quality in Lebanon, previous studies have identified several difficulties including: an overestimation of ozone concentrations by a factor of 2 in the modeling results of WRF/Polyphemus during summer 2012, a local VOC emission profile from road transport that is different from those found in developed countries. Consequently, the objectives of this thesis are: to improve the performance of Polyphemus over Lebanon by improving the boundary conditions of the simulation of, to evaluate the model for the year 2014 using new observations provided by the national air quality monitoring network, to measure emission factors from road transport in a tunnel in Beirut and compare those data to those observed in developed countries. To improve the performance of the CTM over Lebanon, this thesis compares the concentrations simulated with two different emission inventories and with different methods of estimating boundary conditions. For emissions, two inventories are compared: one that was recently set up specifically for Lebanon, and a global inventory, called EDGAR-HTAP, which combines measured emissions for developed countries and modelled emissions for the remaining countries Even though EDGAR-HTAP is commonly used in global air-quality models, significant differences in the estimation and the spatial distribution of the emissions are identified compared to the inventory specifically developed for Lebanon. In the simulations of the previous studies over Lebanon, boundary conditions were estimated using global simulations from the model MOZART-4. A regional domain over Middle East is introduced into the modeling chain to cushion the change in the horizontal resolution between the global model (≥ 1°) and the Lebanon domain (0.055°). The results from this change showed a significant improvement in the model performance over Lebanon, especially for ozone. This new modeling configuration (nested domains, Middle East and Lebanon is then used to model the year 2014 and it is evaluated using the observations provided by the national air quality monitoring network. For air-quality pollutants, the model performance is satisfactory, as using published criteria. However, weather modeling (Wind speed and Direction) should be improved, and we should take into account the impact on emissions of the demographic changes between the year for which inventory was designed (2011) and the modeled year (2014) due to the population displacement induced by the Syrian war.Concerning emission factors (EF) of road transport, we performed a measurement campaign at the Salim Slam tunnel in Beirut in 2014. The emission factors for the different pollutants (CO, NOx, PM2.5, VOC) were measured for the average traffic. Compared to other studies, the local EF are higher than those measured in developed countries even though they tend to be reduced, as a result of the changes in the fleet characteristics, compared to the values measured back in 2000

La connaissance des sources primaires (combustion des énergies fossiles, combustion de la biomasse, éruptions des volcans, etc.) et secondaires (oxydation des composés organiques volatils (COV) suivie de la condensation formant des composés organiques particulaires) de l'aérosol organique ainsi que la caractérisation et la quantification de sa composition chimique restent un défit majeur, en particulier dans la région du Moyen Orient où les études de caractérisation de l'aérosol organique n'existent pas jusqu'à présent. Le Liban, un pays du Moyen Orient qui se situe au bord du bassin méditerranéen, représente un bon exemple pour la caractérisation des aérosols organiques dans cette région. Les travaux menés durant cette thèse s'inscrivent dans un objectif de l'étude de la qualité de l'air à Beyrouth (la capitale du Liban) en se concentrant plus spécifiquement sur les aérosols organiques. Tout d'abord, cette thèse a permis le 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. Les résultats obtenus indiquent que le transport routier est la source majoritaire responsable des émissions de monoxyde de carbone (CO), d'oxydes d'azote (NOX) et de composés organiques volatils non méthaniques (COVNM), tandis que les industries et les centrales électriques sont les principaux émetteurs des émissions de dioxyde de souffre (SO2) et des particules primaires. Ensuite, afin de caractériser les concentrations des polluants et plus spécialement la fraction organique des particules, deux campagnes de mesures intensives de 15 jours chacune ont été menées sur un site semi-urbain situé dans la banlieue de Beyrouth. Une première campagne estivale s'est déroulée en juillet 2011 et une deuxième campagne hivernale en février 2012. Ces campagnes, qui s'inscrivent dans le cadre du projet ECOCEM (Emission and Chemistry of Organic Carbon in East Mediterranean Beirut) ont permis une spéciation moléculaire et une catégorisation des sources en été et en hiver de l'aérosol organique au site de mesures où les campagnes ont été menées. En été, les précurseurs biogéniques tels que les monoterpènes et les sesquiterpènes qui aboutissent à la formation des aérosols organiques secondaires biogéniques sont la principale source à cause de l'insolation intensive et les températures élevées qui favorisent les émissions et les réactions de photo-oxydations. En hiver, la combustion de la biomasse est la principale source en raison de la combustion du bois dans le secteur résidentiel pour le chauffage. Enfin, les concentrations ambiantes des polluants à Beyrouth ont été simulées durant 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. Les concentrations de polluants simulées avec le modèle ont été comparées aux concentrations mesurées durant la campagne estivale afin d'évaluer le modèle. Les résultats obtenus révèlent que le modèle est capable de simuler de manière satisfaisante les concentrations d'ozone (O3), de NOX et la plupart des composés présents dans les particules fines. Les différences entre le modèle et les mesures peuvent résulter des incertitudes dans les données d'entrée qui ont une très grande influence sur les sorties du modèle. Pour cela, une réduction des incertitudes engendrées par les données d'entrée et plus spécifiquement celles liées à l'inventaire des émissions est nécessaire. Par ailleurs, des mesures chimiques sur plusieurs sites sont aussi nécessaires dans le futur afin de mieux évaluer les simulations des concentrations de polluants

La planification des infrastructures routières est marquée par une crise au plan de l'acceptabilité sociale. En quelques décennies, les grands projets routiers ont cessé de représenter des monuments du progrès, pour devenir des objets de débat. Dès les années 1970, le ministère des Transports du Québec (MTQ) faisait face à un contrecoup important de sa politique de développement des routes. Le morcellement des tissus urbains par les réseaux routiers a été fortement dénoncé et plusieurs projets ont connu de fortes oppositions de la société civile. Ces grands projets s'imposent encore aujourd'hui difficilement dans un contexte sociétal où la mise en rapport des différentes représentations véhiculées par les acteurs du territoire peine à mener à des consensus ou à des solutions intégrées. Parallèlement, l'institutionnalisation du débat public (notamment à travers le BAPE) et la mise en place d'un cadre juridique viennent encadrer davantage les projets. En mobilisant le concept d'apprentissage organisationnel, la présente thèse répond à une double interrogation. Elle cherche d'abord à comprendre comment se déploient les projets routiers du MTQ dans leurs rapports aux territoires et à leurs acteurs. Ensuite, elle tente de cerner comment évoluent les pratiques planificatrices de ce promoteur face aux contraintes actuelles de la territorialisation des projets. Le terrain d'étude est formé de l'analyse de quatre études de cas, tous des grands projets routiers planifiés par le MTQ, puis de la recension des grands changements organisationnels liés à la planification des projets routier. Par la confrontation du contenu des projets à chaque étape de leur planification, aux requêtes et représentations mobilisés par les acteurs, les effets du rapport au territoire sur la configuration des projets peuvent être constatés. Il ressort de la thèse que les controverses qui se déploient autour des grands projets routiers témoignent d'une nouvelle forme de territorialisation. Les projets se définissent beaucoup plus dans un enchevêtrement de rapports d'acteurs, que dans l'application de paramètres rationnels prédéfinis. Aux choix tranchants d'un acteur hégémonique se substitue une gouvernance des projets axée sur une imbrication et une pluralité d'acteurs. Les conduites de projet répondent d'un rapport au territoire plus complexe, qui vient remettre en question l'héritage technique et le rôle traditionnel conféré au MTQ. De manière transversale, la thèse fait ressortir une série d'apprentissages au sein des pratiques planificatrices du MTQ face à cette nouvelle territorialisation des projets routiers.

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 (NOx) 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
Roadway traffic contributes to atmospheric pollution near roads, with pollutants such as nitrogen dioxide (NO2), particles (PM) along with some volatile organic compounds (VOC), as well as at larger spatial scales (urban and regional background pollution) with pollutants formed in the atmosphere such as ozone (O3) and the secondary fraction of PM. Because of interactions between local and background pollutants, it is desirable to combine into a single computational tool, regional and local scale models. This multi-scale modeling method has been widely used to simulate the impact of chimney emissions (point sources) with a sub-grid treatment of plume or puff models instead within a 3-dimensional Eulerian model. However, such a method is not applicable to a road network because of the prohibitive computations associated with the line source discretization into a set of point sources. Thus, a new multi-scale modeling method was developed, which treats the plumes emitted from line sources as sub-grid components of an Eulerian model. First, an improved formulation of a Gaussian plume model for line sources was developed. This new model was then subject to a detailed evaluation with near roadway measurements along with other Gaussian models. The incorporation of the Gaussian plume model into an Eulerian model (Polair3D) was implemented as part of the modeling platform Polyphemus. The performance (computational effectiveness and precision) of the new multi-scale model (Plume-in-Grid) was evaluated and compared to those of a stand-alone Gaussian and Eulerian models. The multi-scale model treats nitrogen oxide (NOx) chemistry along with major VOC. The multi-scale treatment has an important effect on the concentration of some pollutants in terms of local and urban background pollution

Pour évaluer l'incidence de la pollution azotée des transports sur les écosystèmes de montagne (acidification et eutrophisation), deux vallées ont été choisies comme terrain d'étude : les vallées de Biriatou et d'Aspe (Somport). Malgré les difficultés méthodologiques, établir une cartographie de la pollution constitue un préalable indispensable à l'étude des risques induits par le trafic. Un modèle de diffusion spatiale de la pollution a été mis en œuvre dans cette optique. Une méthode intégrant la topographie a permis d'établir une cartographie des dépôts azotés. Mais l'évaluation du dépôt polluant (l'aléa) ne suffit pas à déterminer le risque. Chaque écosystème possédant des caractéristiques qui lui sont propres, la vulnérabilité traduite en termes de charges critiques diffère en fonction des conditions environnementales. C'est à travers la mise en relation spatiale des niveaux de pollution avec la connaissance des milieux naturels que les zones à risques peuvent être localisées
This thesis evaluates the impact of road pollution on mountain ecosystems (acidification and eutrophisation) and shows that geographic approach is complementary to that of the chemists or biologists. Two valleys have been chosen for field studies : Biriatou and the Aspe valley (Somport). Road atmospheric pollution studies raise many methodological difficulties. To study the effects of this pollution, it must be first charted. We describe the model of spatial diffusion of pollution used. The method integrates topography. We have established a cartography of nitrogen deposits for the two studied sectors. Then, this thesis talks about impacts. The evaluation of the deposition is not sufficient to determine the risk. Each ecosystem has specific characteristics (buffer capacity of soil, type of vegetation). The critical loads differ according to the environmental conditions. The definition of the risks areas needs the comparison of the levels of pollution and environmental conditions

Le développement des réseaux séparatifs entraîne le transfert fréquent de polluants urbains vers les milieux récepteurs (plans d’eau, rivières, etc.). La compréhension des processus de production et de lessivage des polluants dans le milieu urbain est pourtant incomplète à l’heure actuelle. Afin de répondre aux questions liées à la gestion des eaux urbaines, l’amélioration des connaissances des processus physiques est nécessaire, tant au niveau des surfaces urbaines que les réseaux d'assainissement. Pour cela, la modélisation du transfert hydrologique des polluants en milieu urbain peut être un outil précieux.Cette thèse a pour objectif de développer et d'analyser des modèles distribués à base physique pour simuler les flux de polluants routiers (Matières En Suspension (MES), Hydrocarbures, Métaux) dans un environnement urbain. Elle s'inscrit dans le cadre du projet ANR "Trafipollu" et bénéficie des résultats expérimentaux mis en œuvre dans ce projet pour la calibration et validation des modèles utilisés. Le travail de thèse s’articule autour de deux échelles de modélisation : l’échelle locale et l’échelle du quartier.A l'échelle locale, le code FullSWOF (volumes finis, schéma numérique d'ordre 2) couplé au modèle d’érosion d'Hairsine and Rose (1992a; 1992b) et des données géographiques très détaillées (résolution spatiale centimétrique) ont été utilisés et adaptés afin d'améliorer nos connaissances des processus physiques du lessivage des polluants sur les surfaces urbaines. La comparaison aux mesures en continu permet d’évaluer la performance d’une modélisation physique pour représenter les variations spatiales et temporelles des processus de transferts des polluants sur les surfaces urbaines. Les analyses des résultats obtenus permettent de constater la prédominance des effets d'arrachement liés à la pluie sur les processus d'entrainement par l'advection sur la majeure partie du bassin versant routier. L’utilisation d’un modèle d’érosion pour modéliser le transport particulaire en zone urbaine est une innovation importante de cette thèse.A l’échelle du quartier, la deuxième étape du travail consiste à coupler séquentiellement le modèle TREX (Velleux, England, et al., 2008) avec le modèle CANOE (Alison, 2005), nommé "TRENOE" plateforme. En changeant différentes options de mise en œuvre et de configurations du modèle, l’adaptation de la précision numérique et l’utilisation de données détaillées d’occupation du sol semblent être les facteurs clés pour une telle modélisation. Par ailleurs, ce couplage a montré des problèmes de fond tels que la modélisation du schéma numérique des flux en surface (seulement dans 4 directions), ainsi que l'utilisation de l'équation USLE pour simuler l'érosion en milieu urbain, ne comprenant pas d’impact des gouttes de pluie pour la modélisation.Pour remédier à ces défauts, la plateforme opensource LISEM-SWMM est développée en couplant le modèle LISEM (De Roo, Wesseling, et al., 1996), modèle d’érosion développé initialement pour le milieu naturel, et le modèle SWMM (Rossman, 2010). Pour la première fois, la modélisation hydrologique s’appuie aussi sur l’utilisation de sorties de modèles atmosphériques pour les dépôts des particules fines (PM10), hydrocarbures et métaux. Les résultats montrent que l’emploi de modèles totalement distribués peut arriver à reproduire de manière très fine les dynamiques des particules, des hydrocarbures et des métaux. Même si à ce stade la plateforme développée nécessite des améliorations pour adapter aux utilisations dans le champ opérationnel, ceci constitue une avancée pour le domaine de modélisation du transfert hydrologique des polluants routiers en milieu urbain
Nowadays, the increasing use of separate stormwater systems causes a frequent transport of urban pollutants into receiving water bodies (lakes, rivers). However, current studies still lack of the knowledge of urban build-up and wash-off processes. In order to address urban management issues, better understanding of physical mechanism is required not only for the urban surfaces, but also for the sewer systems. In this context, the modelling of hydrological transfer of urban pollutants can be a valuable tool.This thesis aims to develop and assess the physically-based and distributed models to simulate the transport of traffic-related pollutants (suspended solids, hydrocarbons, heavy metals) in urban stormwater runoffs. This work is part of the ANR "Trafipollu" project, and benefit from the experimental results for model calibration and validation. The modelling is performed at two scales of the urban environment: at the local scale and at the city district scale.At the local scale of urban environment, the code FullSWOF (second-order finite volume scheme) coupled with Hairsine and Rose model (1992a; 1992b) and detailed monitoring surveys is used to evaluate urban wash-off process. Simulations over different rainfall events represent promising results in reproducing the various dynamics of water flows and particle transfer on the urban surfaces. Spatial analysis of wash-off process reveals that the rainfall-driven impacts are two orders of magnitude higher than flow-drive effects. These findings contribute to a significant improvement in the field of urban wash-off modelling. The application of soil erosion model to the urban context is also an important innovation.At the city district scale, the second step consists of coupling the TREX model (Velleux, England, et al., 2008) and the CANOE model, named "TRENOE" platform. By altering different options of model configurations, the adequate numerical precision and the detailed information of landuse data are identified as the crucial elements for achieving acceptable simulations. Contrarily, the high-resolution topographic data and the common variations of the water flow parameters are not equally significant at the scale of a small urban catchment. Moreover, this coupling showed fundamental problems of the model structure such as the numerical scheme of the overland flow (only 4 directions), and the empirical USLE equations need to be completed by raindrop detachment process.To address these shortcomings, the LISEM - SWMM platform is developed by coupling the open-source LISEM model (De Roo, Wesseling, et al., 1996), which is initially developed for soil erosion simulations, and the SWMM model (Rossman, 2010). For the first time, the hydrological model is also supported by the simulations of atmospheric dry deposits of fine particles (PM10), hydrocarbons and heavy metals. The performance of water flow and TSS simulations are satisfying with the calibrated parameters. Considering the hydrocarbons and heavy metals contents of different particle size classes, simulated event mean concentration of each pollutant is comparable to local in-situ measurements. Although the platform at current stage still needs improvements in order to adapt to the operational applications, the present modelling approach contributes to an innovative technology in the field of modelling of hydrological transfer of the traffic-related pollutants in urban environment

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
Road traffic emissions are a major source of pollution in cities. Modeling of air and stormwater pollution due to on-road vehicles is essential to understand the processes that lead to the pollution and to provide the necessary information for the development of effective public policies to reduce pollution. The objective of this thesis is to evaluate the feasibility and relevance of modeling chains to simulate the impact of road traffic on air and stormwater pollution. The first part of the thesis consisted in assessing the state of the art of modeling tools available for the different relevant phenomena (traffic, emissions, atmospheric dispersion, and stormwater quality), highlighting challenges associated with the integration of the different models to create a consistent modeling chain in terms of pollutants and spatio-temporal scales. Two examples of modeling chains have been proposed, one static with hourly time-steps, the other based on a dynamic approach for traffic and its associated pollution. In the second part of the thesis, different interface tools have been developed to link models and construct modeling chains. These modeling chains were tested with different case studies: (1) coupling traffic and emissions for the simulation of an urban street using a dynamic model of traffic with instantaneous and time-averaged emission models, (2) coupling on-road emissions and atmospheric dispersion/deposition near a freeway, (3) coupling traffic, emissions and atmospheric dispersion/chemistry near a freeway, (4) coupling emissions and atmospheric dispersion/deposition in a suburban neighborhood (5) coupling atmospheric deposition and stormwater quality for an urban catchment, and finally (6) a complete modeling chain with traffic / emissions / air and stormwater quality models for urban catchment drainage. This work allows one to identify different possibilities of model integration to calculate air and stormwater pollution due to road traffic in urban areas. Moreover, it provides a solid basis for the future development of integrated numerical models of urban pollution

Cette thèse se situe dans le contexte de la Simulation Multi-Agent et s'intéresse à l'évaluation de la capacité des agents à reproduire des comportements humains. Cette problématique se retrouve dans de nombreux domaines comme la Réalité Virtuelle et les Agents Conversationnels Animés. L'approche dominante s'appuie sur l'utilisation de questionnaires de Sciences Humaines et Sociales (SHS). Il existe peu d'approches exploitant l'analyse automatique de données utilisée en Intelligence Artificielle (IA) à l'échelle microscopique. Nous montrons dans cette thèse que l'évaluation gagne à exploiter conjointement ces deux approches. Nous exposons une méthode d'évaluation de la qualité des comportements des agents qui combine l'approche d'IA et celle de SHS. La première est basée sur la classification de traces de simulation. La seconde évalue les utilisateurs par une annotation des comportements. Nous présentons ensuite un algorithme de comparaison des agents par rapport aux humains afin d'évaluer les capacités, les manques et les erreurs du modèle d'agent et fournissons des métriques. Puis nous explicitons ces comportements en nous appuyant sur les catégories d'utilisateur. Enfin, nous exposons un cycle de calibration automatique des agents et une exploration de l'espace des paramètres. Notre méthode d'évaluation est utilisable dans le but d'analyser un modèle d'agent et de comparer plusieurs modèles d'agent. Nous avons appliqué cette méthodologie sur plusieurs études du comportement de conduite en vue d'analyser la simulation de trafic routier ARCHISIM et nous présentons les résultats obtenus
This thesis is in the context of the Multi-Agents Simulation and is interested in evaluating the ability of agents to reproduce human behaviors. This problem appears in many domains such as Virtual Reality and Embodied Conversational Agents. The dominant approach to evaluate these behaviors uses Social Sciences questionnaires. There are only few approaches based on Artificial Intelligence and automatic data analysis at the microscopic scale. We show in this thesis that the evaluation of behavior can benefit from both approaches when used jointly. First, we present a method for evaluating the agents' behavior quality. It combines the Artificial Intelligence approach and the Social Science approach. The first one is based on simulation logs clustering. The second one evaluates the users by an annotation of the behaviors. We then present an algorithm that compare agents to humans in order to assess the capacities, the lacks, and the errors in the agent model, and provide metrics. We then make these behaviors explicite based on user categories. Finally, we present a cycle for automatic calibration of the agents and an exploration of the parameter space. Our evaluation method is usable for the analysis of an agent model, and for comparing several agent models. We applied this methodology on several driver behavior studies to analyse the road traffic simulation ARCHISIM, and we present the obtained results