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MAISON Alice

Alice MAISON
Doctorante : Modélisation des émissions de composés organiques volatils biogéniques des arbres en ville en lien avec leur fonctionnement hydrique et étude de leur l’impact sur la qualité de l’air à Paris

MAISON Alice

Nature de contrat : Doctorante

Thème de Recherche : Modélisation des émissions de composés organiques volatils biogéniques des arbres en ville en lien avec leur fonctionnement hydrique et étude de leur l’impact sur la qualité de l’air à Paris 

Responsable : Andrée TUZET

Période du 01/10/2020 au 31/09/2023

Résumé :

Les arbres en ville apportent de nombreux services écosystémiques et permettent de diminuer certains effets néfastes de l’urbanisation comme la réduction de l’îlot de chaleur urbain, la limitation du ruissellement de l’eau et le stockage de carbone (Berland, 2017; Bowler et al., 2010; Livesley et al., 2016; Svirejeva-Hopkins et al., 2004).
Cependant, l’effet aérodynamique des arbres limite la dispersion des polluants émis dans les rues canyons (Vos et al., 2013) et les arbres émettent des composés organiques volatils (COVb) qui participent à la formation d’ozone et d’aérosols organiques secondaires (Calfapietra, 2013). Ces émissions sont donc susceptibles de détériorer la qualité de l’air et d’avoir un effet négatif sur la santé humaine. Les émissions de COVb, qui varient fortement selon l’essence d’arbre, sont influencées par des facteurs climatiques (température, rayonnement) mais aussi par le statut hydrique des arbres (Šimpraga et al., 2011). C’est pourquoi il est important de quantifier l’impact de chaque paramètre sur les émissions, et d’inclure ces émissions dans les modèles de qualité de l’air à l’échelle de la ville.

Les objectifs de la thèse sont de modéliser les émissions de COVb en fonction du stress hydrique des arbres et de modéliser l’impact de ces émissions sur la qualité de l’air à l’échelle de la ville de Paris.

La première partie du travail de thèse s’appuiera sur un modèle de continuum sol-plante-atmosphère créé pour simuler le fonctionnement hydrique des cultures (Tuzet and Perrier, 2008 ; Tuzet et al., 2003) puis des arbres en forêt (Andrée Tuzet et al., 2017). Il sera adapté aux arbres dans une rue en ville. Le modèle nous permettra de quantifier les flux verticaux de chaleur, d’eau, de CO2, d’ozone et de COVb en fonction de facteurs climatiques et du statut hydrique des arbres et donc de modéliser l’impact du stress hydrique sur les émissions de COVb des platanes.
Dans une deuxième partie, la modélisation des émissions de COV des arbres qui aura été mise au point précédemment sera utilisée pour simuler la qualité de l’air avec la plateforme Polyphemus (Mallet et al., 2007). Cette plateforme est constituée d’une série de modules représentant les processus physico-chimiques qui gouvernent les concentrations de polluants dans l’atmosphère.
Les concentrations de polluants simulées seront comparées aux données expérimentales d’émissions de COVb récoltées lors d’une campagne de mesures effectuée en 2022 dans une rue de Paris, ainsi qu’aux autres données du réseau de surveillance de qualité de l’air disponibles.
L’ajout des émissions de COVb en fonction du statut hydrique des arbres va donc permettre de mieux modéliser la qualité de l’air à Paris et en particulier les concentrations d’ozone et de particules, et de comprendre l’influence des arbres et des essences d’arbre sur la qualité de l’air. L’objectif final du projet est de conseiller la gestion des arbres en ville (choix des essences d’arbres, densité, plantation).

Références
Berland, A. (2017). The role of trees in urban stormwater management. Landscape and Urban Planning, 162, 167–177.
Bowler, D. E., Buyung-Ali, L., Knight, T. M., & Pullin, A. S. (2010). Urban greening to cool towns and cities: A systematic review of the empirical evidence. Landscape and Urban Planning, 97(3), 147–155.
Calfapietra, C. (2013). Role of Biogenic Volatile Organic Compounds (BVOC) emitted by urban trees on ozone concentration in cities: A review. Environmental Pollution, 10.
Livesley, S. J., McPherson, E. G., & Calfapietra, C. (2016). The Urban Forest and Ecosystem Services: Impacts on Urban Water, Heat, and Pollution Cycles at the Tree, Street, and City Scale. Journal of Environmental Quality, 45(1), 119–124.
Mallet, V., Quelo, D., Sportisse, B., de Biasi, M. A., Debry, E., Korsakissok, I., Wu, L., Roustan, Y., Sartelet, K., Tombette, M., & Foudhil, H. (2007). Technical Note: The air quality modeling system Polyphemus. Atmos. Chem. Phys., 5479–5487.
Šimpraga, M., Verbeeck, H., Demarcke, M., Joó, É., Pokorska, O., Amelynck, C., Schoon, N., Dewulf, J., Van Langenhove, H., Heinesch, B., Aubinet, M., Laffineur, Q., Müller, J.-F., & Steppe, K. (2011). Clear link between drought stress, photosynthesis and biogenic volatile organic compounds in Fagus sylvatica L. Atmospheric Environment, 45(30), 5254–5259.
Svirejeva-Hopkins, A., Schellnhuber, H. J., & Pomaz, V. L. (2004). Urbanised territories as a speci?c component of the Global Carbon Cycle. Ecological Modelling, 173, 295–312.
Tuzet, A., Perrier, A., & Leuning, R. (2003). A coupled model of stomatal conductance, photosynthesis and transpiration. Plant, Cell and Environment, 26(7), 1097–1116.
Tuzet, Andrée, Granier, A., Betsch, P., Peiffer, M., & Perrier, A. (2017). Modelling hydraulic functioning of an adult beech stand under non-limiting soil water and severe drought condition. Ecological Modelling, 348, 56–77.
Tuzet, Andrée, & Perrier, A. (2008). Modeling the dynamics of water flow through plants, role of capacitance in stomatal conductance, and plant water relations. In Response of crops to limited water: Understanding and modeling water stress effects on plant growth processes, Advances in Agricultural Systems Modeling Series 1. ASA/CSSA/SSSA: Vol. Chapter 5 (ASA/CSSA/SSSA, pp. 145–164).
Vos, P. E. J., Maiheu, B., Vankerkom, J., & Janssen, S. (2013). Improving local air quality in cities: To tree or not to tree? Environmental Pollution, 183, 113–122.