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💨 Dispersion de la Pollution Atmosphérique

Un modèle simplifié de dispersion en panache gaussien : le taux d'émission, la vitesse du vent, la hauteur de la cheminée et la classe de stabilité atmosphérique déterminent une courbe de concentration au niveau du sol en aval, comparée à une ligne de référence indicative.

Météorologie & Régimes Climatiques3DFacile60 IPS💨 Air & Vent

Le Modèle du Panache Gaussien

C(x) ≈ Q / (u·σy·σz·2π) × exp(−h²/(2σz²)) estime la concentration au niveau du sol en aval d'une source. Q est le taux d'émission, u est la vitesse du vent, h est la hauteur de la source (cheminée), et σy, σz sont les étalements horizontal et vertical du panache — tous deux croissant avec la distance en aval x. Un terme de réflexion au sol (doublant la concentration) rend compte des polluants qui rebondissent sur le sol plutôt que de diffuser dedans.

Pourquoi le Pic n'est pas à la Source

Pour une source élevée (h > 0), la concentration au niveau du sol est en fait faible très près de la cheminée, car le panache ne s'est pas encore étalé jusqu'au sol (σz est encore petit, rendant le terme exponentiel minuscule). À mesure que le panache se déplace en aval, σz croît et le panache touche le sol, donc la concentration augmente — puis retombe à nouveau lorsque σy·σz, sans cesse grandissant, répartit la même masse totale sur une zone plus large. Le résultat est un pic à une certaine distance en aval, et non directement sous la cheminée.

Classes de Stabilité (Style Pasquill–Gifford Illustratif)

La stabilité atmosphérique contrôle la vitesse à laquelle σy et σz croissent avec la distance. La classe A (très instable, typiquement un soleil fort et un vent faible) disperse rapidement les polluants, étalant et diluant vite le panache. La classe F (stable, typiquement des nuits calmes et claires) disperse très lentement, si bien que les polluants restent concentrés bien plus loin en aval — le scénario classique d'« inversion de température » à l'origine de nombreux épisodes graves de smog.

À propos de cette simulation

Cette simulation est un modèle simplifié de dispersion en panache gaussien, l'approche classique des manuels pour estimer comment un polluant rejeté depuis une source ponctuelle (une cheminée, une cheminée d'usine ou un évent) se disperse en aval. La concentration au niveau du sol dépend du taux d'émission Q, de la vitesse du vent u (qui dilue le panache en l'emportant plus vite), de la hauteur de la source h, et de la classe de stabilité atmosphérique, qui contrôle la vitesse à laquelle le panache se mélange verticalement et horizontalement au cours de son trajet. Les unités de l'axe de concentration sont normalisées à des fins pédagogiques, et ne représentent pas de véritables valeurs en µg/m³.

🔬 Ce que ça montre

Une courbe bleue trace la concentration estimée au niveau du sol en fonction de la distance en aval, augmentant généralement d'une faible valeur près de la cheminée jusqu'à un pic (marqué par un point jaune pulsant) avant de décroître à mesure que le panache se disperse. Une ligne rouge en pointillés marque un niveau de référence indicatif, vaguement modélisé sur la ligne directrice annuelle de l'OMS pour les PM2,5 de 5 µg/m³ (bien qu'en unités normalisées, non réelles).

🎮 Comment l'utiliser

Augmentez le taux d'émission pour amplifier toute la courbe, augmentez la vitesse du vent pour diluer et l'abaisser, et augmentez la hauteur de la cheminée pour repousser le pic au niveau du sol plus loin en aval. Passez la classe de stabilité de A (très instable, dispersion rapide) à F (stable, mauvaise dispersion) pour voir comment une nuit calme et stable piège la pollution bien plus près de la source à des concentrations plus élevées qu'un après-midi venteux et instable.

💡 Le saviez-vous ?

Les inversions de température — lorsqu'une couche d'air chaud emprisonne un air plus froid (et la pollution) près du sol — correspondent à la classe la plus « stable » (F) de ce modèle, et sont responsables de nombre des pires épisodes de smog de l'histoire, car elles suppriment le mélange vertical qui disperserait autrement les polluants vers le haut et au loin.

Questions fréquentes

Pourquoi la concentration atteint-elle un pic en aval plutôt que directement à la source ?

Pour une cheminée élevée, le panache met une certaine distance à s'étaler jusqu'au niveau du sol. Très près de la source, l'étalement vertical σz est encore faible, donc peu de polluant a déjà atteint le sol. À mesure que le panache se déplace davantage, σz croît, davantage de polluant atteint le niveau du sol, et la concentration augmente — jusqu'à ce que le panache se soit étalé si largement que la même quantité de polluant soit diluée sur une zone bien plus grande, et la concentration retombe à nouveau.

Qu'est-ce que la stabilité atmosphérique, et pourquoi est-elle si importante ?

La stabilité atmosphérique décrit la facilité avec laquelle l'air se mélange verticalement. Les conditions instables (soleil fort, vent faible, air chaud ascendant) mélangent et dispersent rapidement les polluants ; les conditions stables (nuits calmes et claires avec inversion de température) suppriment le mélange vertical, permettant aux polluants de s'accumuler près du sol à des concentrations bien plus élevées pour le même taux d'émission.

Les valeurs de concentration de cette simulation sont-elles de vraies valeurs en µg/m³ ?

Non. Il s'agit explicitement d'un modèle pédagogique simplifié et illustratif — l'axe de concentration utilise des unités relatives normalisées, pas des microgrammes par mètre cube mesurés. La modélisation réelle de la qualité de l'air nécessite des inventaires d'émissions détaillés, des données météorologiques et des logiciels de dispersion validés tels qu'AERMOD.

⚙ Sous le capot

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