en fr Impact of multi-layer soil model on the simulation of persistent organic pollutant fate at european scale Prise en compte dun modèle de sol multi-couches pour la simulation multi-milieux à léchelle européenne des polluaReport as inadecuate




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1 CEREA - Centre d-Enseignement et de Recherche en Environnement Atmosphérique

Abstract : Persitent Organic Pollutants POPs are toxic substances that bioaccumulate in the food chain. Once emitted in the atmosphere, they are transported by the wind and deposited on soil. Since they are persistent, they can be reemited from soil to atmosphere by volatilization and travel over very long distances. This process is called grasshopper effect. Thus, POPs may be found at significant levels far from their emission source. It is necessary to understand the transport and fate of these pollutants in order to support the decision making process and reduce human exposure to POPs. Regulations over the last decades lead to a decrease of anthropogenic emissions and subsequent decrease of atmospheric concentration. In this context, the soil is no longer a sink of POPs but can be a source to the atmosphere. Many numeric models aim to study the behavior of POPs in the environment. Most of them consider soil compartment as a homogeneous box, leading to an underestimation of reemissions. Then, it appears of great importance to develop more realistic soil models. The objective of my thesis was to develop such a model, with vertical transport within the soil. This model was evaluated against measured concentration soil profile. We also conducted a sensitivity analysis to identify the key parameters involved in the process of reemissions. Then, the soil model was coupled with an atmospheric transport model. A case study was finally undertaken to estimate the impacts of reemissions on global-mass balance of POPs at European scale

Résumé : Les polluants organiques persistants POPs sont des substances toxiques ayant la capacité de se bioaccumuler le long de la chaîne alimentaire. Une fois émis dans l-atmosphère, ils sont dispersés par le vent puis se déposent au sol. Du fait de leur persistance, ils peuvent être réémis depuis le sol vers l-atmosphère et parcourir ainsi de longues distances. Ce processus est couramment appelé « effet saut de sauterelle ». On peut donc retrouver les POPs très loin de leurs sources d-émissions. Pour pouvoir prendre des décisions visant à réduire leur impact environnemental, il est nécessaire de comprendre leur comportement dans l-atmosphère mais également dans les autres milieux, tels que le sol, la végétation ou l-eau. De nombreux modèles numériques de complexité variable ont été développés dans le but de prédire le devenir des POPs dans l-environnement. La plupart d-entre eux considèrent le sol comme un compartiment homogène, pouvant ainsi mener à une sous-estimation des réémissions du sol vers l-atmosphère. Or, du fait de la mise en place de réglementations visant à réduire les émissions anthropiques des POPs, la concentration dans l-atmosphère tend à diminuer et le sol, qui semblait jusqu-alors être seulement un réservoir, devient une source potentielle de POPs pour l-atmosphère. Il apparaît donc nécessaire de coupler les modèles de dispersion atmosphérique à un modèle de sol réaliste. Mes recherches ont permis d-étudier l-impact des interactions entre le sol et l-atmosphère sur la concentration dans les différents milieux. Pour cela, nous avons développé un modèle de sol multi-couches permettant de mieux estimer le profil de concentration dans le sol et les échanges entre ces deux milieux. Une analyse de sensibilité a été effectuée afin d-identifier les paramètres clés dans la détermination des réémissions. Puis ce modèle a été couplé à un modèle 3D de chimie-transport atmosphérique. Une étude de cas à l-échelle européenne a alors été réalisée afin d-évaluer ce modèle et d-estimer l-impact des réémissions sur les concentrations de POPs dans l-environnement

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Keywords : Polair - 3D Coupling - chaining Transfer of pollutants Sensitivity analysis Persistent organic pollutants Soil-Atmosphere exchanges

Mots-clés : Polair-3D Couplage Échanges sol-atmosphère Polluants organiques persistants Analyse sensibilité Transfert des polluants





Author: Vincent Loizeau -

Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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