Logiciels

Objectif

SIRANE est un logiciel de modélisation de la pollution atmosphérique en milieu urbain.

Description

Le logiciel SIRANE est un logiciel de dispersion des polluants en milieu urbain, adapté à l'échelle d'un quartier voire d’une agglomération. Compte tenu des phénomènes physiques pris en compte, le domaine d'étude qu’il est capable de traiter peut mesurer de quelques centaines de mètres à une dizaine de kilomètres. Le logiciel est capable de prédire la concentration des polluants sur une zone urbaine. SIRANE permet de prendre en compte les principaux effets qui agissent sur la dispersion des polluants à l'échelle d'un quartier :

• Phénomènes de confinement des polluants entre les bâtiments (rue-canyon)
• Echanges des polluants au niveau des carrefours
• Transport des polluants au-dessus du niveau des toits
• Prise en compte des caractéristiques du vent extérieur (vitesse, direction, turbulence, stabilité thermique)
• Transformations chimiques du cycle de Chapman \(NO\)-\(NO_2\)-\(O_3\)
• Transport et dépôts de particules
• Lessivage par la pluie (dépôt humide)

SIRANE est un outil "opérationnel", qui utilise des modèles théoriques et des formulations simplifiées capables de représenter de manière réaliste ces différents phénomènes. Il est donc adapté au traitement d'un grand nombre de rues dans un temps de calcul très limité. Le logiciel a été validé par comparaison avec des simulations numériques détaillées, des expériences en soufflerie et des expériences de terrain.

Les applications du logiciel concernent l'étude des conséquences de la pollution atmosphérique en milieu urbain :

• Cartographie de la pollution à l'échelle d'un quartier, en complément des mesures
• Détermination de la représentativité des capteurs
• Evaluation de l'exposition de la population
• Impact de nouveaux aménagements urbains, de plans de déplacements ou de politiques de réduction des émissions
• Prévision de la qualité de l’air

Références

• Carpentieri, M., Salizzoni, P., Robins, A. et Soulhac L., 2012. Evaluation of a neighbourhood scale, street network dispersion model through comparison with wind tunnel data. Environmental Modelling & Software, Volume 37, 110-124.
  
  
• Soulhac, L., Salizzoni, P., Cierco, F.-X. et Perkins, R. J., 2011. The model SIRANE for atmospheric urban pollutant dispersion: PART I: presentation of the model. Atmospheric Environment. Volume 45, Issue 39, 7379-7395.
  
  
• Soulhac, L., Salizzoni, P., Mejean, P., Didier, D. et Rios, I., 2012. The SIRANE model for atmospheric urban pollutant dispersion: PART II, validation of the model on a real case study. Atmospheric Environment. Volume 49, 320-337.
  
  

Objectif

SIRANERISK est un logiciel de modélisation de la pollution atmosphérique en milieu urbain, adapté à la problématique des substances dangereuses (de type NRBC).

Description

SIRANERISK est un logiciel de dispersion atmosphérique en milieu urbain permettant de traiter des conditions de rejet et de météorologie instationnaires. Il est particulièrement adapté à la problématique des substances dangereuses (de type NRBC), même si tout type d'espèce peut être pris en compte. L'échelle caractéristique de ce logiciel est l'échelle d'un quartier (domaine d'étude de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres). Il permet de décrire les concentrations en polluants dans une zone constituée principalement de rues bordées de bâtiments. SIRANERISK couvre une échelle spatiale située entre l'échelle de la rue, où l'on s'intéresse plutôt à la répartition des polluants à l'intérieur même de cette rue, et l'échelle de l'agglomération, où il n'est plus possible de modéliser explicitement l'effet de chaque bâtiment. Il permet donc de fournir une cartographie tridimensionnelle de l’impact d’un rejet dangereux à l'échelle d'un quartier. D'un point de vue temporel, SIRANERISK est adapté à des échelles caractéristiques allant de l’ordre de la minute à quelques heures.

Le modèle SIRANERISK n'est pas à proprement parlé un modèle d'écoulement météorologique. L'analyse des processus d'écoulement au-dessus d'une ville (Soulhac, 2004) permet de distinguer deux zones caractérisées par des phénomènes sensiblement différents :

• La canopée urbaine, définie approximativement comme la zone située en dessous du niveau des toits, dans laquelle l'écoulement très complexe se caractérise par le confinement entre les bâtiments et la présence de nombreuses zones de recirculation.
• L'atmosphère extérieure, c'est-à-dire située au-dessus du niveau des toits. Dans cette zone, l'écoulement est dominé par la couche limite atmosphérique et par l'influence du relief. Les zones de terrain dégagé, où il n'y a pas de bâtiment, sont également inclues dans "l'atmosphère extérieure".

Dans le modèle SIRANERISK, le champ de vent dans l'atmosphère extérieure est évalué par le préprocesseur météo du modèle. Les informations météorologiques fournies par l'utilisateur comme données d'entrée conditionnent la forme du champ de vent. Il peut être uniforme horizontalement dans tout le domaine avec une variation uniquement sur la verticale ou défini sur un maillage 3D de l'espace. Le champ de vent à l'intérieur de la canopée urbaine est quant à lui calculé par le modèle à partir de l'écoulement extérieur.

Le modèle SIRANERISK permet de traiter des sources fixes ou mobiles, de géométrie ponctuelle, linéique, surfacique ou volumique. En fonction de la position de la source par rapport aux deux zones de l'écoulement, l'émission associée sera traitée différemment :

• Les sources situées dans l'atmosphère extérieure sont traitées avec un modèle à bouffées gaussiennes.
• Les sources situées à l’intérieur de la canopée urbaine, par exemple dans une rue, sont traitées par un modèle spécifique, permettant de décrire le transport et la dispersion des substances à l'intérieur du réseau des rues. Au cours de cette dispersion, une partie de ces substances diffuse de l'intérieur de la canopée vers l'atmosphère extérieure, constituant alors des sources secondaires dans l'écoulement extérieur. Ces rejets sont alors traités comme précédemment par le modèle à bouffées gaussiennes.

Le modèle SIRANERISK permet de prendre en compte les principaux effets qui agissent sur la dispersion d’une substance à l'échelle d'un quartier :

• Phénomènes de rue-canyon (confinement des polluants entre les bâtiments)
• Echanges des polluants au niveau des carrefours
• Transport et dispersion des polluants au-dessus du niveau des toits dans un champ de vent complexe
• Modélisation des phénomènes de fluctuations de concentration
• Modélisation du dépôt sec et humide

SIRANERISK est un outil "opérationnel", qui utilise des modèles théoriques et des formulations simplifiées des différents phénomènes. Il est donc adapté au traitement d’un grand quartier avec une précision de quelques mètres dans un temps de calcul très limité.

Références

• Lamaison, G., Soulhac, L., Armand, P., 2011. Presentation of siranerisk-2.0 – A decision-support oriented computational tool adapted to the dispersion of deleterious rbc agent in the urban atmospheric environment – Examples of application. 14th Int. Conf. on Harmo. within Atmos. Disp. Modell. for Regul. Purposes, Kos Grèce.
  
  
• Lamaison, G., Soulhac L., Cierco FX., Salizzoni P., Armand P. Validation of SIRANERISK-2.0 operational model against a Lagrangian particle dispersion Model and a new campaign of dispersion experiments in the LMFA ECL wind tunnel in an idealized mock up.
  
  

Objectif

SLAM est un logiciel de dispersion lagrangien est particulièrement adapté à une problématique d'impact industriel.

Description

SLAM permet le calcul de concentration de polluants à partir de champs de vent 3D pré-calculés avec un outil CFD. Ce logiciel a déjà été utilisé sur des sites dits "complexes", comme le site industriel de la raffinerie de Feyzin.

Le logiciel s'appuie sur des modèles théoriques permettant de simuler les caractéristiques de tels sites :

• Prise en compte de sources ponctuelles, surfaciques, volumiques.
• Emissions variables dans le temps
• Modélisation des effets de surhauteur (vitesse et température d'éjection)
• Prise en compte des dépôts
• etc.

Il s'agit d'un outil qui allie à la fois une composante opérationnelle grâce à la réactivité du moteur lagrangien et une composante précision avec le détail fournie par les géométries 3D des codes CFD.

Références

• Vendel, F., Lamaison, G., Soulhac, L., Volta, P., Donnat, L., Duclaux, O., et Puel, C., 2010. Modeling diabatic atmospheric boundary layer using a RANS CFD code with k- epsilon or Reynolds-stress turbulence closure, 13th Int. Conf. on Harmo. within Atmos. Disp. Modell. for Regul. Purposes, Paris France.
  
  
• Vendel, F., Soulhac, L., Mejean, P., Donnat, L., Duclaux; O., 2011 : Validation of the Safety Lagrangian Atmospheric Model (SLAM) against a wind tunnel experiment over an industrial complex area. 14th Int. Conf. on Harmo, within Atmos. Disp. Modell. for Regul. Purposes, Kos Grèce.
  
  
• Sadek, R., Soulhac, L., Brocheton, F. et Buisson, E., 2011. Evaluation of wind field and dispersion models in the presence of complex terrain. 14th Int. Conf. on Harmo. within Atmos. Disp. Modell. for Regul. Purposes, Kos Grèce.