In the event of a radioactive release in an urban environment the consequent response mustbe swift and precise. As soon as first responders have correct information, they can make anaccurate risk assessment. However, if the position, release rate and time of the radioactiverelease is unknown it is hard to know how the pollutant will spread. This thesis aims to testa model which approximates these three unknowns using weather data (wind and rain) as wellas measurement data collected at sensors placed around an urban environment. An atmospheric dispersion model based on an existing Reynolds Averaged Navier-Stokes modelis set up in two geometries of different complexity to create forward mode synthetic depositiondata and adjoint mode concentration fields resulting from a fixed dry deposition velocity andscavenging effect for wet deposition. Variations of time- and space-dependent rainfall is simu-lated. The resulting data is used in an existing optimization model, where a parameter studyis conducted regarding regularization coefficients. This thesis shows that the optimization model accurately estimates position and its approximaterelease rate of a 2D geometry of radioactive releases using a logarithmic optimization approach,and fail to do so using a linear optimization approach. The logarithmic optimization model alsoapproximately estimates position and release rate in a 3D geometry. Regularization parametersshould be within the range of 0.1 and 1.2 depending on rain. More rain requires smallerparameters and will estimate a lower release rate. Time-dependent rainfall is shown to have amajor negative effect on simulation time.iii

La dispersion atmosphérique de substances dangereuses est un évènement susceptible d’entrainer de graves conséquences. Sa modélisation est primordiale pour anticiper des situations accidentelles. L’objectif de ce travail fut de développer un modèle opérationnel, à la fois rapide et précis, prenant en compte la dispersion en champ proche sur un site industriel. L’approche développée s’appuie sur des modèles issus de l’intelligence artificielle : les réseaux de neurones et les automates cellulaires. L’utilisation des réseaux de neurones requiert l’apprentissage d’une base de données de dispersion : des simulations CFD k-ϵ dans ce travail. Différents paramètres sont évalués lors de l’apprentissage : échantillonnage et architecture du réseau. Trois méthodologies sont développées :La première méthode permet d’estimer la dispersion continue en champ libre, par réseaux de neurones seuls.La deuxième méthode utilise le réseau de neurones en tant que règle de transition de l’automate cellulaire pour le suivi de l’évolution d’une bouffée en champ libre.La troisième méthode sépare la problématique : le calcul de l’écoulement est effectué par les réseaux de neurones alors que le calcul de la dispersion est réalisé par la résolution de l’équation d’advection diffusion pour le suivi de l’évolution d’un nuage autour d’un obstacle cylindrique. La simulation de cas tests non-appris avec des simulations CFD permet de valider les méthodes développées. Les temps de calcul mis en œuvre pour réaliser la dispersion sont en accord avec la cinétique d’une situation de crise. L’application à des données réelles doit être développée dans la perspective de rendre les modèles opérationnels. / Atmospheric dispersion of hazardous materials is an event that could lead to serious consequences. Atmospheric dispersion is studied in particular in this work. Modeling of atmospheric dispersion is an important tool to anticipate industrial accidents. The objective of this work was to develop a model that is both fast and accurate, considering the dispersion in the near field on an industrial site. The approach developed is based on models from artificial intelligence: neural networks and cellular automata. Using neural networks requires training a database typical of the phenomenon, CFD k-ϵ simulations in this work. Training the neural network is carried out by identifying the important parameters: database sampling and network architecture. Three methodologies are developed:The first method estimates the continuous dispersion in free field by neural networks.The second method uses the neural network as a transition rule of the cellular automaton to estimate puff evolution in the free field.The third method divides the problem: the flow calculation is performed by the neural network and the calculation of the dispersion is realized by solving the advection diffusion equation to estimate the evolution of a cloud around a cylindrical obstacle. For the three methods, assessment of the generalization capabilities of the neural network has been validated on a test database and on unlearned cases. A comparison between developed method and CFD simulations is done on unlearned cases in order to validate them. Simulations computing time are low according to crisis duration. Application to real data should be developed to make these models operational.

L'ammoniac atmosphérique (NH3) est émis en majeure partie par l'agriculture. Etant très soluble, il se dépose rapidement sur la végétation par absorption foliaire et dépôt sur les surfaces (dépôt cuticulaire). Ces dépôts constituent une source de pollution importante pour les écosystèmes dits sensibles. Afin d'étudier la variabilité des dépôts secs d'ammoniac à proximité des sources agricoles, en réponse aux conditions climatiques et au type d'écosystème, un modèle mécaniste de dispersion et de dépôt d'NH3 a été développé. Il repose sur le couplage d'un modèle de dispersion de gaz-traces, de type marche aléatoire, et d'un modèle d'échange à l'échelle foliaire prenant en compte les voies stomatiques et cuticulaires, et incluant le point de compensation stomatique. Le modèle a été validé à partir de données expérimentales mesurées sur un couvert de maïs et de deux autres jeux de données sur prairie. Le modèle simule bien les concentrations dans le cas de la prairie mais il est biaisé dans le cas du maïs. Le biais semble provenir de l'orientation moyenne de la direction du vent et met en avant la nécessité d'utiliser un modèle en 3 dimensions pour l'étude de la dispersion à l'échelle locale. L'application du modèle montre que les dépôts secs cumulés peuvent varier entre quelques dixièmes de % et quasiment 20% de la quantité émise à 400 m en aval d'une source ligne. Le modèle indique que les facteurs les plus influents sur le dépôt sont la hauteur de la source par rapport au couvert, la vitesse du vent et la stratification thermique, ainsi que les résistances stomatiques et cuticulaires. Sous un climat chaud et sec, le dépôt sec local d'ammoniac emprunte prioritairement la voie stomatique, tandis que sous un climat tempéré et humide, il se fait par voie cuticulaire. Il en ressort que pour améliorer les estimations du dépôt sec local, il sera nécessaire de mieux comprendre et paramétrer le dépôt cuticulaire, et le point de compensation stomatique.

Este trabalho teve como objetivo avaliar o impacto radiológico atmosférico da Unidade de Concentrado de Urânio URA, Caetité, BA, através da modelagem da dispersão de radionuclídeos e a estimativa da dose efetiva anual (em mSv.ano-1). Para tal, utilizou-se o programa MILDOS-AREA que foi desenvolvido pelo Argonne National Laboratory (ANL) em conjunto com a U.S. Nuclear Regulatory Commission (USNRC), para avaliar impacto radiológico ambiental atmosférico nas instalações de mineração e beneficiamento de urânio. O incremento de dose efetiva anual para três grupos críticos hipotéticos e oito grupos populacionais reais foi estimado com base na medida de fluxos de radônio e na estimativa das concentrações de radionuclídeos em particulados no ar dos principais termos fontes da URA (cava da mina, depósito de estéril e britador). Paralelamente, as medidas de concentração de radônio e taxa de kerma no ar, reportadas nos relatórios dos programas de monitoração ambiental pré-operacional (PMAPO) e operacional (PMAO) da URA, foram avaliadas. Os valores de dose efetiva anual estimados para os grupos críticos hipotéticos variaram de 1,78E-02 a 2,10E-02 mSv.ano-1, enquanto que para os grupos populacionais, variaram de 7,49E-05 a 1,56E-02 mSv.ano-1. A maior contribuição para o incremento da dose foi devida a inalação do radônio, sendo responsável por quase a totalidade da dose efetiva anual estimada. A média da concentração de atividade de radônio no entorno da URA foi 137,21 Bq m-3 e não sendo observada diferenças significativas entre as concentrações de radônio reportadas nos programas de monitoramento ambiental pré-operacional (valores de background) e operacional. Os valores médios de taxa de kerma no ar no entorno da URA foram de 0,136 μGy h-1. No entanto, em todos os pontos de monitoramento, os valores reportados no programa operacional foram inferiores aos valores reportados no programa pré-operacional (background), o que sugere problemas de medidas ou de coleta de dados durante a realização deste programa. O operador da URA utilizou para avaliação de impacto radiológico atmosférico, resultados apresentados em seus relatórios finais de análise de segurança (RFAS), um modelo próprio de simulação de dispersão, denominado Impacto Ambiental Radiológico (IAR7). Uma comparação entre o MILDOS-AREA e o IAR7, utilizando os mesmos parâmetros de entrada reportados no RFAS sugere que o IAR7 subestimou as concentrações de radônio no ar para os grupos críticos hipotéticos. Os resultados de simulação com o MILDOS-AREA mostram que as doses efetivas estimadas para os grupos críticos hipotéticos são inferiores a 0,3 mSv.ano-1 que é a restrição de dose estabelecida pela Comissão Nacional de Energia Nuclear. Recomenda-se que o código MILDOS-AREA seja utilizado no Brasil, para fins de licenciamento e controle, tendo em vista que o mesmo é um código validado e já utilizado em outros países para avaliar impacto radiológico ambiental atmosférico em instalações de mineração e beneficiamento de urânio / This work aimed to evaluate the atmospheric radiological impact of the Uranium Concentration Unit - URA, Caetité, BA, by modeling the dispersion of radionuclides and estimating the annual effective dose (in mSv.year-1). For this purpose, we used the MILDOS-AREA program that was developed by Argonne National Laboratory (ANL) jointly with the US Nuclear Regulatory Commission (USNRC) specifically to evaluate the atmospheric radiological impact of uranium mining and processing facilities. Taking into account estimative of particulate radionuclide concentration and radon flux measurements performed in the main source-terms of URA (open pit, heap leaching and tailing deposit), we estimated the increase of annual effective dose for three hypothetical critical groups and eight population groups. In addition, we evaluated results of radon activity concentration and kerma rate concentration in air reported in the pre-operational environmental monitoring program (PMAPO) and in the operational environmental monitoring programs (PMAO) from URA. The estimated annual effective dose to the hypothetical critical groups ranged from 1,78E-02 a 2,10E-02 mSv.year-1. For real populations, effective doses ranged from 7,49E-05 to 1,56E-02 mSv.year-1. The largest contribution to the total dose was due to inhalation of radon, accounting for almost the entire estimated annual effective dose. The average radon activity concentration in the vicinity of the URA was 137.21 Bq m-3 and there was no apparent difference between the radon concentrations reported in the pre-operational environmental monitoring program (background values) and post-operational. The average values of kerma rate in air surrounding the URA were 0.136 μGy h-1. However, for all the monitoring points, the values reported in operational environmental monitoring program were lower than the values reported in pre-operational environmental monitoring program (background), suggesting measurements or data collection problems during the pre-operational program. The miner industry used in their final report of safety analysis (RFAS), a proper dispersion model simulation, called Environmental Impact Radiological (IAR7). A comparison between the MILDOS-AREA and the IAR7 using the same input parameters in IAR7 suggested that IAR7 underestimated the radon concentrations in the air to the hypothetical critical groups. In conclusion, MILDOS-AREA simulation showed that the estimated effective doses for the hypothetical critical groups are less than 0.3 mSv.year-1, which is the operational dose limit to the public established by the National Nuclear Energy Commission. It is recommended that the MILDOS-AREA code should be used in Brazil, considering that it is a validated code and already used in other countries to assess atmospheric radiological impact on mining and uranium processing facilities

Cette thèse étudie l’impact de l’Aéroport international de Beyrouth sur la qualité de l’air de Beyrouth et ses banlieues par mesures et modélisation des COVs et NO2. Il s’agit de la première étude qui identifie les signatures des émissions (COVs) issues des avions sous opération réelle. Grâce aux signatures détectées lors de 4 campagnes réalisées, nous constatons que l’aéroport a un impact sur la qualité de l’air de son voisinage, la zone côtière (trajectoire d’atterrissage), et les zones montagneuses. Ces résultats sont confirmés via le modèle ADMS-Airport, utilisé pour la première fois au Moyen-Orient et validé pour les conditions libanaises (r = 0.86). Par ailleurs, les concentrations de 47 COVs ont été mesurées pour la première fois à l'intérieur d’un bâtiment de l'aéroport. Les teneurs en COVs qui sont corrélées au nombre d’avions sont en dessous des valeurs seuils sauf pour l'acroléine alors que la celle de NO2 peut constituer un danger pour la santé. / This work mainly investigated the impact of Beirut Airport on the air quality of Beirut and its suburbs via both measurements and modeling of VOCs and NO2. This is the first study to determine VOC signatures of exhaust emissions from aircraft under real operation. Using these signatures, the impact of the airport activities was tracked in 4 transect campaigns, where it was found that the airport impacts air quality not only in its vicinity, but also on the seashore (landing jet trajectory) and in mountainous areas. These results were confirmed via modeling with ADMS-Airport, implemented for the first time in the Middle East, after being validated in the Lebanese conditions (r = 0.86). As a secondary goal, and for the first time, 47 VOCs were assessed inside an airport building. Measured VOC levels did not present any risks except for acrolein. In the arrivals hall, NO2 levels indicated a health hazard; while a direct relationship was found between aircraft number and VOC concentrations.

Este trabalho teve como objetivo avaliar o impacto radiológico atmosférico da Unidade de Concentrado de Urânio URA, Caetité, BA, através da modelagem da dispersão de radionuclídeos e a estimativa da dose efetiva anual (em mSv.ano-1). Para tal, utilizou-se o programa MILDOS-AREA que foi desenvolvido pelo Argonne National Laboratory (ANL) em conjunto com a U.S. Nuclear Regulatory Commission (USNRC), para avaliar impacto radiológico ambiental atmosférico nas instalações de mineração e beneficiamento de urânio. O incremento de dose efetiva anual para três grupos críticos hipotéticos e oito grupos populacionais reais foi estimado com base na medida de fluxos de radônio e na estimativa das concentrações de radionuclídeos em particulados no ar dos principais termos fontes da URA (cava da mina, depósito de estéril e britador). Paralelamente, as medidas de concentração de radônio e taxa de kerma no ar, reportadas nos relatórios dos programas de monitoração ambiental pré-operacional (PMAPO) e operacional (PMAO) da URA, foram avaliadas. Os valores de dose efetiva anual estimados para os grupos críticos hipotéticos variaram de 1,78E-02 a 2,10E-02 mSv.ano-1, enquanto que para os grupos populacionais, variaram de 7,49E-05 a 1,56E-02 mSv.ano-1. A maior contribuição para o incremento da dose foi devida a inalação do radônio, sendo responsável por quase a totalidade da dose efetiva anual estimada. A média da concentração de atividade de radônio no entorno da URA foi 137,21 Bq m-3 e não sendo observada diferenças significativas entre as concentrações de radônio reportadas nos programas de monitoramento ambiental pré-operacional (valores de background) e operacional. Os valores médios de taxa de kerma no ar no entorno da URA foram de 0,136 μGy h-1. No entanto, em todos os pontos de monitoramento, os valores reportados no programa operacional foram inferiores aos valores reportados no programa pré-operacional (background), o que sugere problemas de medidas ou de coleta de dados durante a realização deste programa. O operador da URA utilizou para avaliação de impacto radiológico atmosférico, resultados apresentados em seus relatórios finais de análise de segurança (RFAS), um modelo próprio de simulação de dispersão, denominado Impacto Ambiental Radiológico (IAR7). Uma comparação entre o MILDOS-AREA e o IAR7, utilizando os mesmos parâmetros de entrada reportados no RFAS sugere que o IAR7 subestimou as concentrações de radônio no ar para os grupos críticos hipotéticos. Os resultados de simulação com o MILDOS-AREA mostram que as doses efetivas estimadas para os grupos críticos hipotéticos são inferiores a 0,3 mSv.ano-1 que é a restrição de dose estabelecida pela Comissão Nacional de Energia Nuclear. Recomenda-se que o código MILDOS-AREA seja utilizado no Brasil, para fins de licenciamento e controle, tendo em vista que o mesmo é um código validado e já utilizado em outros países para avaliar impacto radiológico ambiental atmosférico em instalações de mineração e beneficiamento de urânio / This work aimed to evaluate the atmospheric radiological impact of the Uranium Concentration Unit - URA, Caetité, BA, by modeling the dispersion of radionuclides and estimating the annual effective dose (in mSv.year-1). For this purpose, we used the MILDOS-AREA program that was developed by Argonne National Laboratory (ANL) jointly with the US Nuclear Regulatory Commission (USNRC) specifically to evaluate the atmospheric radiological impact of uranium mining and processing facilities. Taking into account estimative of particulate radionuclide concentration and radon flux measurements performed in the main source-terms of URA (open pit, heap leaching and tailing deposit), we estimated the increase of annual effective dose for three hypothetical critical groups and eight population groups. In addition, we evaluated results of radon activity concentration and kerma rate concentration in air reported in the pre-operational environmental monitoring program (PMAPO) and in the operational environmental monitoring programs (PMAO) from URA. The estimated annual effective dose to the hypothetical critical groups ranged from 1,78E-02 a 2,10E-02 mSv.year-1. For real populations, effective doses ranged from 7,49E-05 to 1,56E-02 mSv.year-1. The largest contribution to the total dose was due to inhalation of radon, accounting for almost the entire estimated annual effective dose. The average radon activity concentration in the vicinity of the URA was 137.21 Bq m-3 and there was no apparent difference between the radon concentrations reported in the pre-operational environmental monitoring program (background values) and post-operational. The average values of kerma rate in air surrounding the URA were 0.136 μGy h-1. However, for all the monitoring points, the values reported in operational environmental monitoring program were lower than the values reported in pre-operational environmental monitoring program (background), suggesting measurements or data collection problems during the pre-operational program. The miner industry used in their final report of safety analysis (RFAS), a proper dispersion model simulation, called Environmental Impact Radiological (IAR7). A comparison between the MILDOS-AREA and the IAR7 using the same input parameters in IAR7 suggested that IAR7 underestimated the radon concentrations in the air to the hypothetical critical groups. In conclusion, MILDOS-AREA simulation showed that the estimated effective doses for the hypothetical critical groups are less than 0.3 mSv.year-1, which is the operational dose limit to the public established by the National Nuclear Energy Commission. It is recommended that the MILDOS-AREA code should be used in Brazil, considering that it is a validated code and already used in other countries to assess atmospheric radiological impact on mining and uranium processing facilities

Cette étude, menée principalement par des moyens expérimentaux, analyse la dynamique des fluctuations de concentration produites au sein d’un panache d’un scalaire passif émis par une source ponctuelle dans une couche limite turbulente. En étendant le travail de Fackrell and Robins (1982) sur les fluctuations de concentration, on décrit l’évolution des quatre premiers moments de la concentration et on étudie l’influence des conditions à la source (telles que la taille et la hauteur de la source et la vitesse de sortie) sur les moments mêmes. L’étude est complétée par une description détaillée des statistiques du champ de vitesse dans la couche limite, comprenant des informations sur la structure spatiale et temporelle de la turbulence. Cette base de données expérimentale a été utilisée pour valider deux différentes approches à la modélisation de la dispersion: un modèle analytique de meandering et un modèle Lagrangien stochastique avec un schéma de micro mélange. / This experimental study analyses the dynamics of concentration fluctuations in a passive plume emitted by a point source within the turbulent boundary layer. We aim to extend the popular study of Fackrell and Robins (1982) about concentration fluctuations and fluxes from point sources by including third and fourth moments of concentration. We also further inquire into the influence of source conditions, such as the source size, source elevation and emission velocity, on higher order concentration moments. The data set is completed by a detailed description of the velocity statistics within the TBL, with exhaustive information on both the temporal and spatial structure of the flow. The experimental data-set has been used to test two different modeling ap- proaches: an analytical meandering plume model (in one and in three dimen- sions) and a Lagrangian stochastic micro-mixing model.

Depuis une dizaine d’années, l’évolution de la puissance des ordinateurs a permis de développer l’utilisation, dans les études d’ingénierie, des simulations 3D CFD (Computational Fluid Dynamics) pour l’étude de l’atmosphère à petite échelle, en particulier pour la dispersion de polluants sur des sites industriels et urbains complexes. Compte tenu de la complexité des domaines à étudier et des ressources de calcul généralement disponibles, ces études sont la plupart du temps réalisées à l’aide des modèles RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes), et particulièrement avec le modèle de fermeture k – e. Différents travaux de validation de l’approche RANS k – e ont mis en évidence quelques limitations à reproduire la dynamique de l’écoulement et de la dispersion dans des configurations géométriques complexes. Le travail de recherche réalisé dans le cadre de cette thèse a pour objectif une caractérisation expérimentale fine de l’écoulement et de la dispersion turbulente autour d’un obstacle bidimensionnel placé dans une couche limite de surface, afin d’évaluer la validité des modèles RANS en vue de leur application pour l’étude de la dispersion atmosphérique.Dans un premier temps, nous avons utilisé des techniques d’anémométrie à fil chaud, d’anémométrie laser Doppler et d’anémométrie par image de particules, pour déterminer le champ de vitesse dans une couche limite de surface rugueuse et autour d’un obstacle bidimensionnel de section carrée. Une attention particulière a été portée sur l’analyse des termes de l’équation évolutive de l’énergie cinétique turbulente (ECT) et sur la détermination de la viscosité turbulente vt. Différentes approches ont également été utilisées pour estimer le taux de dissipation e de l’énergie cinétique turbulente. Nous avons mis en évidence que ces différentes approches fournissent des résultats comparables dans le cas de la couche limite, tandis que seule la technique estimant e comme le résidu de l’ECT est applicable dans le sillage de l’obstacle. De plus, nos mesures ont permis d’évaluer les paramétrisations du modèle k – e et de montrer que la valeur du coefficient Cμ = 0.09 ne semble pas adaptée dans le cas de la couche limite, conduisant à une surestimation de vt, alors que cette valeur apparait plus adaptée dans le cas de l’obstacle. Une étude de sensibilité, portant la détermination de la constante σk du modèle k – e, indique une contribution non négligeable des termes de corrélation entre la vitesse et la pression dans le sillage de l’obstacle.Dans un deuxième temps, nous avons étudié la dispersion d’un scalaire passif, en mesurant les différents moments statistiques de la concentration, au moyen d’un détecteur à ionisation de flamme. Nous avons également déterminé les flux turbulents de masse, par un couplage entre les mesures de vitesse et de concentration, en prenant soin de contrôler les influences réciproques des deux techniques de mesure. Ces mesures nous ont permis de tester la validité de différents modèles de fermeture de l’équation d’advection-diffusion pour estimer les flux dans le sens vertical et dans le sens longitudinal. Nous avons également pu déterminer expérimentalement le coefficient de diffusivité turbulente Dt, nous permettant d’évaluer un nombre de Schmidt turbulent Sct, afin de mettre en évidence que la valeur Sct = 0.7 est adaptée à la majorité des zones étudiées, excepté dans la zone de recirculation induite par l’obstacle. Enfin, nous nous sommes intéressés aux différents termes de l’équation de la variance de la concentration et plus particulièrement à son taux de dissipation. À nouveau, les mesures nous ont permis de tester un modèle de fermeture disponible dans la littérature et de montrer la bonne cohérence entre le modèle et l’expérience. / In the last decades, there has been an increasing use of Computational Fluid Dynamics (CFD)simulations to evaluate the impact of atmospheric pollutants dispersion in within industrial and urban sites. Given the high geometrical complexity of these sites, these simulations are mainly performed adopting a Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) approach and using k−e closure models. As is well known from previous studies, RANS k−e simulations are affected by some limitations that prevent them correctly reproducing the dynamics of the flow and the pollutant dispersion in complex geometrical configurations. The aim of the PhD is to provide a detailed experimental characterization of the flow and the turbulent dispersion around an idealized two-dimensional obstacle placed within a boundary layer flow. This is subsequently used to analyse the reliability of RANS closure models as predictive tools for the atmospheric dispersion of airborne pollutants. Initially we focus on the flow dynamics of a boundary layer flow developing over a rough wall and in the wake of a 2D obstacle. The velocity field is investigated experimentally by means of different measurement techniques, namely Hot Wire Anemometry (HWA), Laser Doppler Anemometry (LDA) and Stereo-Particle Imagery Velocimetry (PIV). A particular attention was devoted to the estimate of the turbulent viscosity nt as well as of the terms composing the turbulent kinetic energy budget (TKE), including its rate of dissipation e which was determined adopting different approaches. These measurements allowed us to analyse the accuracy of the parameterizations included in a standard k−e closure model. Our analysis show that a value of the coefficient Cμ = 0.09 leads to significant overestimation of nt in a boundary layer flow. Conversely, adopting Cμ = 0.09 provides a good agreement between modeled and direct estimates of nt in the wake of the obstacle. As a second step, we studied the dispersion of a passive scalar emitted by a ground level line source. To that purpose we measured the first four order moments of the concentration probability density function by mean of a flame ionization detector (FID). Furthermore, the coupling of the FID system with the LDA or HWA system allowed us to directly measure the turbulent mass transfer, i.e. the correlation between velocity and concentration fluctuations. The combination of these two techniques was carefully analyzed, in order to quantify eventual mutual disturbances of one measurement technique on the other. The measurements of the velocity/concentration correlations allowed us to determine experimentally the turbulent diffusivity Dt and the turbulent Schmidt number Sct , and therefore to test the accuracy of different closure models of the advection-distribution equation. Our results show that the value of the turbulent Schmidt number is approximately equal to 0.7 in most of the domain, except in the recirculation zone on the wake of the obstacle. Experimental data provide also a complete description of the spatial distribution of the concentration variance, and of the term composing its budget (with a focus on its dissipation). As for the velocity field, we test the reliability of different closure model proposed in the literature of the turbulent mass transfer terms, enlightening the shortcomings of simple gradient-law closer models.

Les ISDND produisent du biogaz par fermentation des déchets organiques. Le biogaz principalement composé de CH4 et CO2 représente un enjeu environnemental majeur. Cette étude propose un outil d’estimation des émissions surfaciques de biogaz d’une ISDND par modélisation de la dispersion atmosphérique d’un gaz traceur, en l’occurrence, le méthane. Les dynamiques spatiales et temporelles des concentrations en CH4 et en COV ont été suivies sur et dans l’entourage de l’ISDND d’étude (Séché Environnement) en fonction des conditions météorologiques. Les résultats montrent des faibles teneurs atmosphériques en COV et en CH4 sur le site d’étude validant une faible émission de ces espèces. Les COV mesurés sont émis par différentes sources dont la contribution est plus importante que celle de l’ISDND et aucun COV ne constitue un traceur de biogaz émis par le site. En revanche, l’ISDND apparait comme source principale du CH4 détecté. Deux méthodes sont proposées pour estimer les émissions surfaciques de méthane en utilisant un modèle de dispersion atmosphérique Gaussien ADMS, validé par comparaison des teneurs atmosphériques en méthane mesurées et modélisées et leur dynamique temporelle. La première méthode repose sur une approche inverse et la deuxième est une approche statistique par régression. Les émissions de CH4 sont estimées pour la période d’exposition de la diode laser aux émissions du site pour 4 scénarios météorologiques types identifiés par une classification hiérarchique. Les résultats valident l’influence des paramètres météorologiques, surtout de la stabilité de l’atmosphère, sur la dispersion atmosphérique et les émissions surfaciques en méthane. / Landfill sites produce biogas by degradation of biodegradable organic matter. Biogas mainly composed of CH4 and CO2 represents a major environmental challenge. This study propose a method to estimate biogas surface emissions in landfill sites using atmospheric dispersion modeling of a tracer gas, in this case, methane. The spatial and temporal dynamics of CH4 and VOC concentrations have been followed on the studied landfill site (Séché Environnement) for several weather conditions. Measurement results show low atmospheric VOC and CH4 concentrations on the studied landfill site which validates low emissions of these compounds. Detected VOC are emitted by different sources, excluding the landfill site. The contribution of these sources on VOC concentrations is more important than that of the landfill site and no VOC could be identified as tracer of biogas emitted by landfill site. However, CH4 is emitted by the landfill site, its principal source. Two methods are proposed to estimate methane surface emissions using a Gaussian atmospheric dispersion model ADMS. Gaussian model is validated by comparison of the temporal dynamics and atmospheric concentrations of methane measured on the site and those modeled. The first method is based on an inverse approach and the second one is a statistical regression approach. CH4 emissions are estimated for the exposure period of the laser diode to the site emissions and for 4 weather scenarios identified by a hierarchical classification. Results validate the influence of meteorological parameters, especially the stability of the atmosphere, on the atmospheric dispersion and methane surface emissions.

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