Concentration à 10m Domaine local

Concentration à 10m Domaine regional

Concentration à 10m

Maximum sur la couche 0-500m Concentration 0-500m

Maximum sur la couche 500-3000m Concentration 500-3000m

Dépot sec

Dépot humide

Dépot total

Météo-France met en œuvre des modèles de prévision de la dispersion de polluants rejetés dans l'atmosphère à partir d'une prévision météorologique à échelle fine.
L'interprétation des cartes produites par le système PERLE doit être faite par un météorologiste expérimenté dans les domaines de la dispersion des polluants et de la prévision météorologique aussi bien synoptique qu'à échelle fine.
L'avis d'un prévisionniste sur la qualité du modèle météorologique coupleur est de toute première importance. Si les champs météorologiques prévus sont faux, les cartes de transport et dispersion seront également fausses. Toute simulation est accompagnée d'un bulletin d'expertise.

Système PERLE

Modèles utilisés

Le système PERLE modélise, en situation de crise, la dispersion d'un nuage de polluant émis accidentellement, à l'échelle locale et régionale. Il est basé sur l'utilisation, d'une part de forçages issues de modèles météorologiques pour modéliser la structure fine de la couche limite, et d'autre part sur un modèle lagrangien particulaire "LPDM" (Lagrangian Particle Dispersion Model) pour représenter la dispersion et les dépôts au sol du polluant. Le système PERLE peut utiliser trois modèles pour les forçages météorologiques : AROME, Méso-NH couplé à ARPEGE ou Méso-NH couplé à IFS.
Avec les filières IFS et ARPEGE, l'alimentation du modèle de recherche Méso-NH par leurs champs météorologiques étend l'utilisation de PERLE à l'ensemble du globe. Méso-NH utilise un domaine de 540km X 540km centré sur le point de rejet, à résolution de 2km, avec 40 niveaux verticaux de 10m jusqu'à 15000m d'altitude. Il est initialisé 3 heures avant le rejet par les modèles de prévision ARPEGE ou IFS. Ces filières permettent de produire des prévisions de dispersion à échelle fine pour l'outremer ou lors de crises à l'étranger.
Par ailleurs, le fait de disposer de 3 filières permet d'offrir des options au prévisonniste confronté au choix du couplage météorologique le plus réaliste en cas de crise sur le territoire métropolitain.
La filière AROME utilise les sorties du modèle opérationnel AROME à 1.3km sur son domaine couvrant la France métropolitaine.

Par ailleurs concernant le modèle de dispersion :

• La modélisation utlisée est de type lagrangienne et consiste à lâcher un grand nombre de particules (au maximum 2500000 sur la durée du rejet), chacune étant soumise à l'advection par le vent moyen, les vitesses verticales, aux flux turbulents et à un bruit aléatoire.
• A la fin de la simulation, les concentrations sont calculées, à partir de la masse ou de la radioactivité des particules et de leurs positions, sur 2 domaines : un local, de 100km X 100km à 1km de résolution, et un régional, de 500km X 500km à 4km de résolution.

Cartes décrivant la dispersion du polluant.

Différentes cartes de concentrations sont tracées. Elles sont exprimées en g.m^-3 ou Bq.m^-3.

• Concentrations instantanées à 10 mètres. Concentration près du sol, permettant d'évaluer la présence du polluant à proximité des populations.
• Concentrations instantanées entre 0 et 500 mètres. Concentration dans les basses couches, de 0 à 500 m, permettant d'appréhender la présence du polluant au voisinage de la surface. Il s'agit du maximum sur la couche 0-500m.
• Concentrations instantanées entre 500 et 3000 mètres. Concentration dans les couches moyennes, de 500m à 3000m. Il s'agit du maximum sur la couche 500-3000m.
• Concentrations intégrées dans le temps. Pour chacun des champs précédents, une version intégrée dans le temps depuis le début du rejet est disponible. Elle permet d'évaluer à un instant donné l'ensemble de la zone impactée précédemment.

Cartes décrivant les processus de dépôt.

Le modèle de dispersion LPDM prend en compte les processus de dépôts sec et humide. Le dépôt sec correspond au phénomène de fixation du polluant sur le sol soit par rugosité (présence d'obstacles) soit par gravité lorsque l'on considère des particules solides (aérosols). Le dépôt humide correspond au phénomène de dépôt au sol par lessivage dû aux précipitations. Les dépots sont toujours intégrés dans le temps depuis le début du rejet. Ils sont exprimés en g.m^-2 ou Bq.m^-2.

• Dépôt sec. Il est paramétré via une vitesse de dépôt sec (en m.s^-1), dépendant dans nos simulations uniquement du polluant. Concernant la sédimentation des particules solides par gravité, elle est paramétrée via la taille (en particulier) et la densité des particules.
• Dépôt humide. On tient compte de la solubilité du composant pour estimer le coefficient de lessivage, mais cette estimation reste très approximative.
• Dépôt total. Cumul des dépôts sec et humide.

Terme source standard

Dans le cas où le terme source n'est pas connu, les valeurs par défaut utilisées pour le terme source sont :

• Hauteur du rejet : base 0m et sommet 500m.
• Quantité rejetée : unitaire. 1 g pour le chimique, 1 Bq pour le nucléaire.

Les cartes ont alors pour objectif de décrire qualitativement la dispersion du polluant et ne peuvent pas être interprétées en terme de délimitation de zone de nocivité du produit. Les concentrations affichées correspondent à une fraction de la masse totale de polluant rejeté. Il convient donc d'interpréter les valeurs comme tel et d'y appliquer un coefficient multiplicatif en fonction des informations nouvelles que l'on reçoit sur la masse de polluant rejetée.

Limitations et précautions d'utilisation

Caractéristiques des modèles

Modèle météo (AROME ou Méso-NH)

• Etant donnée la résolution horizontale de ces modèles, les valeurs de concentrations à proximité de la source (distance < 1-2km ) ne doivent pas être exploitées.
• Le relief à la résolution utilisée ne permet pas de représenter tous les petits reliefs qui peuvent avoir une forte influence sur le champ de vent à l'échelle très locale.
• Forte dépendance à la qualité des prévisions AROME, ARPEGE ou IFS.
• Domaine géographique couvert : AROME sur le domaine France métropolitaine, ARPEGE/Méso-NH et IFS/Méso-NH sur le domaine monde (entre 70°N et 70°S).

Modèle lagrangien de dispersion particulaire (LPDM)

• Possibilité de champs de concentration « bruités » lorsque la dispersion est forte (pas assez de particules rejetées pour l'étendue du panache).
• Pas de possibilité d'initialiser le modèle avec un scénario de rejet complexe :
  • débit d'émission constant ;
  • base et sommet du rejet constants ;
  • un seul polluant à la fois.
• Pas de possiblité d'initialiser la prévision a partir des sorties d'une prévision précédente.
• Le dépôt sec est paramétré à l'aide d'une vitesse de dépôt qui devrait en principe tenir compte de la rugosité du sol mais aussi du polluant considéré (le processus de capture par le sol est plus ou moins facilité selon le gaz ou l'aérosol considéré). Or, on utilise une valeur de vitesse de dépôt constante quelque soit la nature du sol et la nature du polluant rejeté. Lorsque l'on traite de particules solides, la vitesse de dépôt par gravitation est calculée à partir de la densité et de la taille des particules que l'on peut saisir dans l'interface de lancement. On utilise dans ce cas une taille unique de particule alors que dans la réalité (cas d'une explosion ou d'un incendie), on est en présence d'un spectre assez large de taille de particules.
• Pour ce qui est du dépôt humide, on tient compte de la solubilité du composant pour estimer le coefficient de lessivage mais cette estimation reste très approximative. De plus, on lessive le polluant sur toute la verticale du modèle lorsque l'on prévoit des précipitations au sol ce qui est une autre approximation. Enfin, les précipitations fournies par Méso-NH sont à surveiller de près notamment en situation convective.
• Lorsque la nature du polluant n'est pas connue, on utilise un traceur. Dans ce cas, la vitesse de dépôt sec et le coefficient de lessivage ne sont pas connus. Par défaut, les dépôts sec ou humides ne sont donc pas activés dans le cas d'un traceur. Il est néanmoins possible de les activer en utilisant des valeurs standard dans l'interface de lancement, typiquement une vitesse de dépôt sec de 0.001 m.s^-1 et un coefficient de lessivage de 0.0001 s^-1.

Contexte météorologique

• Vent faible : risque d'erreur significative en direction et erreur dans la direction du panache.
• Situations convectives : forte variabilité temporelle de la direction du vent mal représentée par le modèle et sous-estimation probable de l'extension horizontale et verticale du panache.
• Passage de fronts : possibilité d'erreur dans la chronologie d'où erreur dans l'heure de rotation du vent et erreur dans la direction du panache si l'heure du rejet est proche de l'heure de passage du front.
• Conditions anticycloniques : forte sensibilité des niveaux de concentration à la hauteur de mélange en particulier l'hiver lorsque la couche d'inversion est bien marquée.
  • Sous-estimation de la hauteur de mélange : sur-estimation des valeurs de concentration.
  • Sur-estimation de la hauteur de mélange : sous-estimation des valeurs de concentration.

Connaissance du terme source

• Méconnaissance de la quantité de produit libérée nécessitant l'utilisation d'une valeur standard : interprétation qualitative des sorties (impossible d'apporter une information sur les dépassements de seuils critiques).
• Méconnaissance de la hauteur de rejet : forte incertitude sur la direction du panache en cas de fort gradient vertical du vent ou de température (ex : incendie ou explosion, quelle est la hauteur atteinte par la colonne de polluant rejeté ?).

Bulletin d'expertise d'accompagnement

L'ensemble des limitations citées nécessite une expertise parfois assez longue et délicate suivant le cas traité. Les différents champs de prévision (météorologiques, de dispersion et de dépôts) sont à manier avec beaucoup de précaution. Un commentaire systématique d'accompagnement sera indispensable pour chaque simulation. Il est disponible dans le tableau de prévision des sorties graphiques issues de PERLE.

Disponibilité des cartes de dispersion après le lancement de PERLE

Les cartes sont mises à disposition au fil de l'eau, par bloc selon les échéances : jusqu'à +6h, +12h et +24h. Les délais de mise à disposition dépendant de la filière.