La modélisation de la dispersion de la pollution a été effectuée à l’aide du logiciel ADMS (Atmospheric Dispersion Modelling System), développé et commercialisé par le CERC135. Ce logiciel a été conçu pour la modélisation de la dispersion atmosphérique en milieu urbain en général. Il est donc aussi bien adapté à la prise en compte des sources ponctuelles (comme les industries) que des sources surfaciques (domestiques par exemple) ou linéaires (comme les routes). Son application est donc tout à fait justifiée dans le cas de notre étude.
Ce logiciel ADMS permet de calculer les concentrations dans l’air ambiant des polluants courants à partir des quantités d’émissions qui lui sont données en entrée. Il utilise le principe d’un calcul gaussien agrémenté de modules de calcul complémentaires qui permettent d’affiner considérablement la modélisation. Parmi les nombreux modules proposés par le logiciel, un certain nombre a été utilisé. Nous avons ainsi pu prendre en compte deux phénomènes fondamentaux :
Les calculs ont également pris en compte des paramètres tels que la hauteur de la couche de mélange de l’atmosphère. Nous avons utilisé les capacités du préprocesseur météorologique intégré au logiciel qui permet de calculer un certain nombre de paramètres météorologiques utiles au calcul.
Le modèle ADMS a fait l’objet de nombreuses validations. Parmi elles, nous pouvons citer les tests de comparaison avec d’autres modèles numériques et une confrontation aux résultats des stations automatiques de mesure de la qualité de l’air de la ville de Leicester en Grande-Bretagne136.
Comme nous l’avons précédemment évoqué, la situation modélisée est la reconstitution de la situation moyenne annuelle. Nous avons ainsi effectué un calcul de la concentration moyenne annuelle pour chacun des trois polluants. Seulement, le calcul de la concentration moyenne annuelle n’est pas direct. Il nécessite la reconstitution de la situation moyenne. Pour cela, il convient d’abord de calculer le niveau de concentration obtenu pour toutes les situations possibles, puis de faire la moyenne pondérée des valeurs obtenues. La pondération correspond à l’occurrence des situations dans l’année. Le choix de calculer une concentration moyenne annuelle s’explique pour deux raisons principales :
Nous avons donc d’une part pris en compte des chiffres de trafic moyen journalier annuel (TMJA) et leurs émissions polluantes associées, et d’autre part reconstitué la situation météorologique moyenne annuelle, à l’aide de la rose des vents donnée pour Lyon par MétéoFrance sur les vingt dernières années.
Pour fixer les paramètres météorologiques, nous avons utilisés la rose des vents de Lyon-Bron pour la période de janvier 1981 à décembre 2000 mise à disposition par MétéoFrance. Il a été nécessaire de reconstituer la situation moyenne annuelle en termes de force et de direction de vent. Cette reconstitution du point de vue de la dispersion atmosphérique s’est effectuée par le calcul de dispersion pour 72 situations (18 directions et 4 forces de vent pour chaque direction) puis en faisant la moyenne de ces 72 niveaux de concentrations, chacun étant pondéré par l’occurrence sur la rose des vents de la situation à laquelle il se rapporte. La rose des vents fournie par MétéoFrance ne donne aucune indication sur les directions de vents faibles (inférieurs à 2 m/s) car elles sont trop fluctuantes. Pourtant ces situations défavorables à la dispersion sont fréquentes (33% du temps). Malgré cette absence d’indication sur leur direction dans la rose des vents, nous avons pris en compte les vents faibles dans les calculs en les répartissant de manière homogène dans toutes les directions, de 10° en 10°. En pratique, il a fallu choisir une valeur unique pour chacune des classes de vitesse de la rose des vents. Nous avons effectué les choix suivants :
La reconstitution réelle de la situation moyenne nécessite de plus d’associer à chaque couple (force du vent, direction du vent) les paramètres variables de description de l’atmosphère mesurés heure par heure par MétéoFrance. De tels calculs étant très lourds, nous avons choisi de fixer les conditions de stabilité de l’atmosphère. Nous avons ainsi retenu des paramètres plutôt pénalisants, c’est-à-dire défavorables à une bonne dispersion des polluants dans l’atmosphère, pour se placer dans le sens de la sécurité vis-à-vis des populations potentiellement exposées. Nous avons donc modélisé une situation dite « stable ».
Pour chacun des trois polluants, nous avons intégré dans le modèle une pollution de fond destinée à traduire la contribution aux niveaux de concentration des émissions extérieures à la ville de Lyon et dans une certaine mesure des émissions issues des sources non routières intérieures à la ville. Le modèle utilisé a donc été calé en ajustant le niveau de pollution de fond de telle sorte que les résultats du modèle correspondent à la valeur réellement mesurée par COPARLY (COmité pour le contrôle de la Pollution Atmosphérique dans le Rhône et la région LYonnaise) sur sa station fixe de Gerland (station urbaine).
Outre la pollution de fond en dioxyde d’azote, la connaissance du niveau de fond en oxydes d’azote totaux est nécessaire aux calculs. Pour les connaître, nous nous sommes appuyés sur les concentrations en dioxyde et en monoxyde d’azote mesurées en continu par COPARLY (COmité pour le contrôle de la Pollution Atmosphérique dans le Rhône et la région LYonnaise) sur sa station de Gerland. Les derniers résultats connus sont présentés dans le tableau suivant.
| Station de Gerland | dioxyde d’azote µg/m3 |
monoxyde d’azote µg/m3 |
| 2001 | 46 | 25 |
| 2002 | 42 | 29 |
| moyenne 2001 - 2002 | 44 | 27 |
Source : COmité pour le contrôle de la Pollution Atmosphérique dans le Rhône et la région LYonnaise, COPARLY, 2002.
Le calage du modèle a conduit à retenir une valeur de pollution de fond pour le dioxyde d’azote (NO2) égale à 36 µg/m3 pour obtenir une concentration totale de 44 µg/m3 sur le site de Gerland. Pour obtenir le niveau de pollution de fond pour les oxydes d’azote totaux, nous avons conservé le rapport NO/NOx constant, égal à celui mesuré à Gerland ce qui amène à retenir une valeur de pollution de fond en NOx de 58 µg/m3. En limites ouest et nord de la ville de Lyon, nous avons fait décroître légèrement (diminution de 2 µg/m3) le niveau de fond pour tenir compte de l’urbanisation moins importante.
En ce qui concerne la pollution de fond en particules en suspension, aucune station de type urbain n’est présente dans la zone d’étude. Le calage a donc été effectué sur la station la plus proche, celle de Croix-Luizet, localisée sur la commune de Villeurbanne à l’est de Lyon. Comme le montre le tableau suivant, la moyenne des années 2001 et 2002 s’élève à 22 µg/m3. Cette valeur a donc été retenue pour l’ensemble du terrain d’étude.
| Station de Croix-Luizet |
particules en suspension (PM10) µg/m3 |
| 2001 | 21 |
| 2002 | 23 |
| moyenne 2001 - 2002 | 22 |
Source : COmité pour le contrôle de la Pollution Atmosphérique dans le Rhône et la région LYonnaise, COPARLY, 2002.
Pour la pollution de fond en benzène, aucune station de mesure fixe de type urbain n’est présente dans l’agglomération lyonnaise. Nous avons donc été contraints de nous appuyer sur les mesures faites à Grenoble (station urbaine de Grenoble-Villeneuve, source ASCOPARG) et en région parisienne sur huit stations urbaines (source AIRPARIF, rapport d’activité 2001)137 qui indiquent en moyenne, depuis 2000, une concentration de fond égale à 2 µg/m3. Cette valeur a donc été affectée à l’ensemble de la zone d’étude.
| Type | Valeurs µg/m3 |
| dioxyde d’azote (NO2) | 36 |
| oxydes d’azote totaux (NOx) | 58 |
| particules en suspension (PS) | 22 |
| benzène (C6H6) | 2 |
Source : CETE de Lyon, 2003, « Modélisation de la dispersion de la pollution d’origine routière.». 55 pages.
Après avoir exposé les paramètres utilisés pour les calculs de dispersion de la pollution d’origine routière, il convient à présent de développer les principes de la modélisation spatiale rendue nécessaire par le modèle.
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CETE de Lyon, 2003, « Modélisation de la dispersion de la pollution d’origine routière.». 55 pages.
CETE de Lyon, 2003, « Modélisation de la dispersion de la pollution d’origine routière.». 55 pages.