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UMR ECOSYS - Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes

MODDAAS-SMOP

Un modèle Lagrangien de dispersion et d'échange de gaz-traces et de particules en champ proche pour les couverts végétaux

MODDAAS-SMOP
© INRA
Modèle Lagrangien de dispersion et d'échange de gaz-traces et de particules en champ proche pour les couverts végétaux

1      Description succincte du modèle

Le modèle MODDAS/SMOP est un modèle lagrangien stochastique (LS) de dispersion couplé à un modèle multicouche de dépôt sur la végétation. Le modèle de dispersion est basé sur la simulation des trajectoires de particules fluides sous l’effet de la turbulence qui est paramétrée dans la couche limite. L’effet de la végétation sur le dépôt est pris en compte pour les particules par les effets d’impaction, et de sédimentation sur les éléments de végétation. Ce modèle qui est lourd en temps de calcul présente un intérêt surtout pour l’étude des aménagements. Le modèle est actuellement couplé à Thetis, un modèle de turbulence k-e. Le modèle est en 2D pour les gaz et le dépôt est calculé en 3D pour les particules.

2      Paramètres et variables d’entrée

Paramètre

Description

Valeur « standard »

min

max

u (a)

Vitesse du vent à une hauteur de référence (z = 10 m)

2 m s-1

0.1

20

z (a)

Longueur de rugosité

10 mm (sol nu)

10

1000 (forêt)

d (a)

Hauteur de déplacement

0 (pas de couvert)

0

10 (forêt)

LAD

Distribution de surface foliaire

3 (m2 m-2)

0

7

L (a)

Longueur de Monin-Obukhov

-105 (neutre)

+10 (stable)

-10 (instable)

rs(gaz) (b)

Résistance stomatique plantes

60 s m-1 (typique blé)

0

Inf

rw(gaz) (b)

Résistance cuticulaire plantes

Inf (sec)

0 (humide)

Inf

dp(c)

Diamètre des particules

Dépend de la source

 

 

Cbgd (d)

Concentration de fond

0

-

-

Vsource(e)

Volume de la zone source

100

0.1

1000

(a) Les caractéristiques de surface sont données sur chaque parcelle homogène, mais la vitesse du vent est donnée pour l’ensemble du domaine à une hauteur suffisante.

(b) La résistance stomatique est en parallèle de la résistance cuticulaire. La résistance est exprimé par unité de surface folaire. Elle est estimée à différentes hauteurs dans le couvert

(c) Une distribution gaussienne de diamètre est donnée avec une moyenne et un ecart-type. Ce diamètre influe sur la dispersion et le dépôt par impaction / sédimentation.

(d) La concentration de fond est ajoutée à la concentration issue des sources dans tout le domaine.

(e)Le volume de la source est celui dans la direction orthogonale au vent.

 

 

3      Paramètres et variables de sorties

Paramètre

Description

Valeur « standard »

min

max

C(x,z)

Concentration dans tous le domaine

 

 

 

D(x,z)

Dépôt spatialisés sur les couverts végétaux

 

 

 

 
 

4      Domaine d’application

Etude de la dispersion et du dépôt de gaz-traces et de particules en champ proche (quelques centaines de mètres), avec prise en compte du transfert dans le couvert végétal.

Etude d’aménagements autour des sources (haies, bois, murs, parcelles agricoles)

Principales molécules étudiés :

  • ammoniac (NH3),
  • pollen de maïs (Vs = 0.14-0.4 m s-1)
  • poussières de semences de pesticides
  • Peut être appliqué à toute molécule non réactive en champ proche
     

5      Limites

Actuellement le modèle est en 2 dimensions : verticale / horizontale

Les réactions chimiques dans l’atmosphère ne sont pas prises en compte.

Le dépôt n’est paramétré pour les particules les plus fines (PM2.5)

Lourd en temps de calcul (entre 30 min et 2 h pour une simulation)
 

6      Publications

  • Jarosz, N., Loubet, B., Durand, B., Foueillassar, X. & Hubert, L. 2005. Variations in maize pollen emission and deposition in relation to microclimate.Environmental Science & Technology,39,4377-4384.
  • Jarosz, N., Loubet, B., Durand, B., McCartney, A., Foueillassar, X. & Huber, L. 2003. Field measurements of airborne concentration and deposition rate of maize pollen.Agricultural and Forest Meteorology,119,37-51.
  • Jarosz, N., Loubet, B. & Huber, L. 2004. Modelling airborne concentration and deposition rate of maize pollen.Atmospheric Environment,38,5555-5566.
  • Loubet, B. 2000.Modélisation du dépôt sec d'ammoniac atmosphérique à proximité des sources. Thèse de doctorat, Université Paul Sabatier, Toulouse. (http://tel.ccsd.cnrs.fr/documents/archives0/00/00/32/50/index_fr.html).
  • Loubet, B., Asman, W.A.H., Theobald, M.R., Hertel, O., Tang, Y.S., Robin, P., Hassouna, M., Dammgen, U., Genermont, S., Cellier, P. & Sutton, M.A. eds. 2009.Ammonia Deposition Near Hot Spots: Processes, Models and Monitoring Methods. Springer Netherland.
  • Loubet, B., Cellier, P., Genermont, S., Laville, P. & Flura, D. 2003. Measurement of short-range dispersion and deposition of ammonia over a maize canopy.Agricultural and Forest Meteorology,114,175-196.
  • Loubet, B., Cellier, P., Milford, C. & Sutton, M.A. 2006. A coupled dispersion and exchange model for short-range dry deposition of atmospheric ammonia.Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society,132,1733-1763.
  • Marceau, A., Saint-Jean, S., Loubet, B. & Huber, L. 2011. Biophysical characteristics of maize pollen: variability during emission and consequences on dispersal. Field crops research, Accepted.

Voir aussi

La notice du modèle SMOP-MODDAAS est disponible ici

Vous pouvez aussi consulter la page web sur le modèle FIDES

Loubet B

LOUBET Benjamin

Directeur de Recherche : Echanges biosphère-atmosphère de composés réactifs
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