Caractérisation expérimentale et modélisation de la dispersion atmosphérique en vent faible et en milieu bâti

Les études d'impact des émissions atmosphériques de radionucléides prennent en compte l'ensemble des conditions météorologiques représentatives des sites. Pour les épisodes de vent faible, les calculs d'impact présentent de fortes incertitudes. Les mécanismes de dispersion et les propriétés de la turbulence dans ces situations sont modifiés et favorisent la stagnation des radionucléides émis dans l'atmosphère. L'amélioration de la compréhension et de la modélisation de ces situations se heurte à un manque de données au niveau international, particulièrement pour le milieu bâti.

Cette thèse comporte à la fois un volet expérimental et un volet modélisation. L'objectif est d'acquérir des données expérimentales (mesures de vent, turbulence, et de concentration) de dispersion d'un gaz traceur (Hélium), les analyser pour caractériser les processus pilotant la dispersion (notamment le méandrement) ainsi que définir et valider une méthodologie de modélisation. Le site d'étude est le SIRTA (Site Instrumental de Recherche par Télédétection Atmosphérique). C'est un milieu péri-urbain situé à Palaiseau dont la hauteur des bâtiments varie entre 5 et 30 m. Une deuxième campagne de mesure a été réalisée en 2022 complémentaire aux données déjà acquises en 2020. Les concentrations d'Hélium sont mesurées à partir de prélèvements d'air analysés a posteriori par un spectromètre de masse et en temps réel à I‘aide de spectromètres de masse disposés dans le champ proche du point d'émission (<300 m). Les conditions de turbulence sont mesurées par des anémomètres à ultrasons positionnés sur un mât de 30 m à différentes hauteurs et à plusieurs endroits à l'intérieur du milieu bâti. Les coefficients de transfert atmosphérique (en s.m -3 ) sont déterminés pour quantifier la dispersion du panache.

Le méandrement est caractérisé par un comportement oscillant de la fonction d'autocorrélation eulérienne avec présence d'une boucle négative pour les composantes horizontales u et v de la vitesse du vent. La fonction d'autocorrélation de la composante verticale w présente une courbe exponentielle classique. Les périodes de ce processus varient entre 10 et 60 minutes dans la première campagne expérimentale. Le méandrement disperse le panache sur une plage angulaire assez large. L'analyse des séries temporelles met en évidence l'oscillation de la direction du vent en vent faible. Ultérieurement une troisième campagne sera effectuée pour consolider la base de données. Une modélisation CFD sera réalisée en définissant une méthodologie de prise en compte du caractère fortement instationnaire de la dispersion et en adaptant la théorie de la similitude de Monin-Obukhov pour représenter la couche de surface.