Circulations à fine échelle et qualité de l'air hivernal dans une vallée alpine urbanisée
Sabatier, Tiphaine
Fine scale wind dynamics and wintertime air quality in an urbanized alpine valley
Les vallées alpines urbanisées sont régulièrement soumises à des épisodes de pollution aux particules fines, en particulier sous des conditions hivernales anticycloniques. Ces épisodes se développent du fait de la conjonction de l'augmentation des émissions et de la stratification de l'atmosphère qui inhibe le mélange vertical et isole l'atmosphère de vallée de la dynamique de grande échelle. Le transport des polluants devient alors principalement piloté par les écoulements locaux d'origine thermique. Ces écoulements se caractérisent par une forte dépendance aux spécificités locales de la zone et sont difficiles à représenter dans les modèles numériques de prévision du temps, tout comme les conditions stables qui les accompagnent. L'amélioration de la prévision des situations de pollution hivernale en zone de montagne nécessite donc une meilleure compréhension de la dynamique locale en condition stable. Cette thèse s'inscrit dans ce contexte et vise à améliorer la compréhension de la structure des circulations locales à l'échelle de la vallée. Pour cela, l'étude s'appuie sur les données acquises lors de la campagne Passy-2015 et sur des simulations numériques haute résolution réalisées avec le modèle Méso-NH. La campagne s'est déroulée durant l'hiver 2014-2015 dans le bassin de Passy, situé à proximité du Mont-Blanc et à la confluence de trois vallées. Les concentrations en PM10 observées dans ce bassin excédent régulièrement les seuils réglementaires et montrent des hétérogénéités marquées au sein du bassin et avec les vallées adjacentes. L'étude de la dynamique met en évidence le rôle des circulations locales vis-à-vis des disparités dans la distribution spatiale des polluants. En particulier, les écoulements dans le bassin sont organisés selon différentes strates et génèrent des niveaux de ventilation hétérogènes. En journée, les échanges de masse s'opèrent de manière préférentielle entre les segments de vallée les plus ensoleillés. La nuit, la convergence des flux issus des vallées tributaires et l'orographie locale induisent une structure des écoulements très hétérogène sur la verticale et l'horizontale dans le bassin de Passy. Ces caractéristiques des circulations de jour et de nuit tendent à limiter la ventilation dans le bassin, en particulier dans le secteur Est qui se trouve être le secteur le plus pollué lors des épisodes hivernaux. À l'approche du printemps, l'augmentation du flux solaire incident rééquilibre les échanges de masse intervallées réduisant ainsi l'accumulation de polluants dans bassin. L'analyse des mécanismes pilotant les circulations locales souligne en particulier l'importance des caractéristiques aux échelles hectométriques des champs orographiques et de surface (couvert neigeux) qui déterminent la distribution de l'énergie reçue en surface.
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