Modelizatin and numerical simulation of atmospheric aerosols dynamics
Modélisation et simulation numérique de la dynamique des aérosols atmosphériques
Résumé
Chemical-transport models are now able to describe in a realistic way gaseous polluants behavior in the atmosphere. Nevertheless atmospheric pollution also exists as a fine suspended particles, called aerosols which interact with gaseous phase, solar radiation, and have their own dynamic behavior. The goal of this thesis is the modelization and numerical simulation of the General Dynamic Equation of aerosols (GDE). Part I deals with some theoritical aspects of aerosol modelization. Part II is dedicated to the building of one size resolved aerosol model (SIREAM). In part III we perfome the reduction of this model in order to use it in dispersion models as POLAIR3D. Several modelization issues are still opened: organic aerosol matter, externaly mixed aerosols, coupling with turbulent mixing, and nano-particles.
Des modèles de chimie transport permettent le suivi réaliste des polluants en phase gazeuse dans l'atmosphère. Cependant, lapollution atmosphérique se trouve aussi sous forme de fines particules en suspension, les aérosols, qui interagissent avec la phase gazeuse, le rayonnement solaire, et possèdent une dynamique propre. Cette thèse a pour objet la modélisation et la simulation numérique de l'Equation Générale de la Dynamique des aérosols (GDE). La partie I traite de quelques points théoriques de la modélisation des aérosols. La partie II est consacrée à l'élaboration du module d'aérosols résolu en taille (SIREAM). dans la partie III, on effectue la réduction du modèle en vue de son utilisation dans un modèle de dispersion tel que POLAIR3D. Plusieurs points de modélisation restent encore largement ouverts: la partie organique des aérosols, le mélange externe, le couplage à la turbulence, et les nano-particules.
Mots clés
Atmospheric aerosols
particle size distribution (PSD)
Chemical composition (inorganic
Organic)
Local
Global equilibrium
Thermodynamic models
Brownian coagulation
General Dynamic Equation (GDE)
Discrete
Continuous representation
Internally
Externally mixed models
Analytical solutions
Stochastic methods
Reference solution
Weighted residuals methods
Coupling
Splitting
Sectionnal methods
Eulerian
Lagrangian methods
Redistribution on a fix grid
Slow
Fast systems
Bulk-equilibrium method
Size-resolved methods
SIze REselved Aerosol Model (SIREAM)
Aérosols atmosphériques
distribution en taille (PSD)
Composition chimique (inorganique
Organique)
équilibre local
Global
Modèles thermodynamiques
Isorropia
Coagulation brownienne
Condensation
évaporation
Nucléation
Equation Générale de la Dynamique (GDE)
Représentation discrète
Continue
Modèles de mélange interne
Externe
Solutions analytiques
Méthodes stochastiques
Solution de référence
mass flow algorithm (MFA)
Formulations variationnelles
Couplage
Découplage
Méthodes sectionnelles
Size binning
Méthodes eulériennes
Lagrangiennes
Redistribution sur une grille fixe
Systèmes lents
Rapides
Réduction
Méthode bulk-equilibrium
Méthodes d'équilibres résolues en tailles
SIze REsolved Aerosol Model (SIREAM)