Optimisation en taille et en raideur des schemas cinetiques utilises en chimie atmospherique

par ANNE JAUBERTIE

Thèse de doctorat en Terre, océan, espace

Sous la direction de Gérard Toupance.

Soutenue en 1999

à Paris 12 .

mots clés

Résumé

Cette etude presente le developpement d'une methodologie permettant de construire un schema chimique optimise en taille (nombre d'especes et de reactions) et en raideur (elimination des temps caracteristiques petits), d'utilisation aussi generale que possible. La premiere partie traite de l'optimisation en taille : l'approche a consiste a construire un modele chimique de reference permettant de prendre en compte la complexite des especes presentes dans l'atmosphere. Ce schema a ete reduit en introduisant des especes de regroupement pour representer la diversite des hydrocarbures (moca2. 0 : 82 especes, 197 reactions). Une version plus compacte a ensuite ete developpee (moca2. 1 : 64 especes, 125 reactions), adaptee aux milieux urbains et a l'environnement rural des milieux continentaux europeens. Cette version a permis de gagner un facteur 2. 6 en temps de calcul par rapport au schema complet pour des erreurs inferieures a 8%. En ce qui concerne la raideur, l'approche a consiste a mettre en evidence les modes rapides relaxes de facon a construire un systeme reduit (systeme algebro-differentiel) ne contenant plus de valeur propre grande. L'ensemble des modes rapides relaxes a ete elimine en optimisant le degre d'approximation des modes propres relaxes pour les differentes variables rapides : - representation des chaines de degradation de chaque espece fortement quasi-stationnaire sur toute la duree de la simulation par la ponderation de ses produits de formation (operateurs ugo), - construction de variables lentes par agglomeration de variables rapides et determination de ces dernieres par la contrainte algebrique momentanement la plus pertinente ; les modules algebriques traduisant les differentes hypotheses plausibles (etat quasi-stationnaire ou equilibre partiel) etant construits au prealable. Appliquee a moca2. 1, la demarche a permis de retrouver avec une tres bonne precision les resultats du modele complet en diminuant le temps de calcul d'un facteur 8.

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