Ce chapitre fournit une vue d’ensemble détaillée de la physico‑chimie de la troposphère et de la qualité de l’air, en commençant par la description de la structure verticale de l’atmosphère et les processus de mélange des masses d’air. Il explique la dynamique verticale, la stabilité du couche limite et les critères thermodynamiques (gradient de température, température potentielle) qui gouvernent la dispersion des polluants. La composition chimique de la troposphère est présentée, incluant les gaz majeurs et les espèces traces, ainsi que leurs sources biogènes et anthropiques. Une attention particulière est accordée à la chimie de l’ozone troposphérique, avec les mécanismes de production et de destruction dans les atmosphères naturelles et polluées, les différents régimes en fonction des concentrations de NOx, et les stratégies de réduction basées sur des diagrammes iso‑contours de NOx et de COV. Le texte décrit les processus de transport horizontal et vertical, la déposition, et leur influence sur les niveaux d’ozone. Il détaille les réseaux de mesure français, les seuils réglementaires, et les modèles de qualité de l’air (lagrangiens, eulériens, EZM, TVM‑chimie, MARS). La seconde partie analyse les carburants reformulés et oxygénés (ETBE, MTBE, TAME, DIPE, méthanol, éthanol), en présentant les effets parfois contradictoires de ces additifs sur les émissions de CO, NOx, hydrocarbures totaux, aromatiques, aldéhydes et cétones, illustrés par le tableau I‑5 qui compile les facteurs d’émission mesurés sur plusieurs modèles de véhicules (Renault Laguna, Renault 19, Renault Twinge, Peugeot 406) selon différents cycles de conduite. Les études d’impact existantes sont passées en revue, montrant les limites des modèles à cellule unique et l’importance de la stabilité atmosphérique, du rapport NMHC/NOx et du choix du mécanisme chimique. La conclusion insiste sur la nécessité d’utiliser des facteurs d’émission récents, très spéciés en COV et basés sur des cycles de conduite réalistes, comme ceux fournis par l’UTAC, pour des évaluations fiables de la qualité de l’air.
Topics
Structure verticale de l’atmosphère, mélange des masses d’air et stabilité du couche limite
Présentation de la stratification thermique de l’atmosphère (troposphère, stratosphère, mésosphère, thermosphère) avec gradients de température et tropopause, description des processus de mélange vertical entre la couche limite, la tropopause et la stratosphère, et utilisation du gradient de température et de la température potentielle pour caractériser la stabilité du couche limite, les inversions diurnes/nocturnes et le cycle jour‑nuit.
Composition chimique de la troposphère et sources des gaz traces
Tableaux des concentrations volumétriques des principaux constituants (N₂, O₂, Ar, CO₂, etc.) et des espèces traces, classification des sources biogènes et anthropiques, définition des polluants primaires et secondaires, et mise en perspective des contributions aux cycles chimiques atmosphériques.
Chimie de l’ozone troposphérique, régimes NOx‑COV et stratégies de réduction via iso‑contours
Mécanismes de production et de destruction de l’ozone en atmosphère naturelle et polluée, influence des concentrations de NOx et des COV, description des trois régimes (non pollué, modérément pollué, fortement pollué), et méthodologie de construction et d’interprétation des diagrammes iso‑contours NOx‑COV pour guider les politiques de réduction des précurseurs d’ozone.
Transport, déposition et suivi de l’ozone : réseaux français et seuils réglementaires
Rôle du transport horizontal (vent géostrophique) et vertical (convection du couche limite) ainsi que de la déposition à la surface (végétation, eaux) sur les concentrations d’ozone, description des réseaux de mesure français (stations ASPA, paramètres observés) et des seuils réglementaires européens et OMS pour la protection de la santé et de la végétation.
Modélisation de la qualité de l’air : cadres Lagrangiens, Eulériens et modèles opérationnels
Classification des modèles de qualité de l’air (Lagrangiens vs Eulériens), présentation des modèles EZM (MEMO + MARS) et TVM‑chimie, architecture de maillage « terrain‑following », et description des mécanismes chimiques intégrés (KOREM, EMEP, RACM).
Carburants reformulés et oxygénés : composition, historique et objectifs environnementaux
Évolution historique des carburants reformulés (éthanol, MTBE, ETBE, TAME, DIPE, méthanol), critères de reformulation (réduction des aromatiques, teneur en oxygène, soufre), et objectifs visés en termes de réduction des émissions polluantes.
Impact des carburants reformulés et oxygénés sur les émissions de polluants
Synthèse des effets observés sur les émissions de CO, NOx, hydrocarbures totaux, composés aromatiques, aldéhydes et cétones selon le type d’additif (ETBE, MTBE, TAME, DIPE, méthanol), incluant les tendances générales et les divergences entre études, ainsi que les incertitudes liées aux cycles de conduite et aux types de véhicules.
Tableau I‑5 : facteurs d’émission détaillés pour différents véhicules et carburants
Valeurs unitaires d’émission (g / km) et pourcentages de variation pour CO, HC, NOx, etc., mesurés sur plusieurs modèles de véhicules (Renault Laguna, Renault 19, Renault Twinge, Peugeot 406) selon différents cycles (Europe modifié, Urbain modifié, Extra‑urbain) et carburants (référence, ETBE1, ETBE2, R2).