Interactions entre irrigation, couche limite atmosphérique et vents de méso-échelle en région semi-aride : observations et modélisation

Auteur moral

Université Toulouse 3 Paul Sabatier : UT3

Auteur moral

Boone, Aaron ; Le Moigne, Patrick

Année de publication

2024

L'irrigation joue un rôle crucial dans le système agricole mondial car elle d'améliorer les rendements et de sécuriser l'accès à l'alimentation à une population en constante croissance. Il est bien établi que l'irrigation a modifié les régimes hydrologiques de certaines régions, par contre son impact sur l'atmosphère est moins bien connu. Ce travail de thèse étudie les interactions entre les surfaces irriguées, la couche limite atmosphérique et les vents de méso-échelle dans le bassin semi-aride de l'Ebre, et en particulier dans la région d'Urgell à l'est de Lleida. Les travaux de recherches présentés ici utilisent le modèle couplé surface--atmosphère SURFEX--Meso-NH et des données d'observation obtenues lors de la campagne internationale LIAISE ayant eu lieu à l'été 2021. Il est d'abord montré comment l'irrigation doit être paramétrisée dans SURFEX pour représenter au mieux les flux de chaleur entre la surface et l'atmosphère. Cette paramétrisation, implémentée dans SURFEX, permet d'explorer les effets de l'irrigation sur l'atmosphère. Le premier résultat montre que l'irrigation permet de réduire la température de l'air à 2~m de l'ordre de 5°C et d'augmenter l'humidité spécifique de 50% pour des journées ensoleillées d'été. L'effet de l'irrigation en surface impacte l'atmosphère également plus haut, en stabilisant la couche limite atmosphérique et en diminuant sa hauteur. De plus, la forte hétérogéneité de surface présente dans la région d'étude entre zones irriguée et non-irriguée induit une circulation de brise de la zone irriguée vers la zone sèche. En plus de l'irrigation, le vent régional nommé Marinada se révèle être un facteur majeur dans la météorologie de la région d'Urgell. C'est pourquoi l'origine de ce vent ainsi que les processus qui y sont liés sont étudiés dans la présente thèse. Il est montré que la Marinada est un vent gravitaire provenant de l'écoulement d'une masse d'air maritime fraîche dans l'air chaud du bassin de l'Ebre depuis la cordillère prélittorale catalane. Cette masse d'air est amenée au-dessus de la cordillère catalane par l'action d'une brise de mer en première partie de journée. En seconde partie de journée, lorsque la Marinada commence à souffler, l'irrigation commence à l'influencer, notamment en retardant son arrivée ainsi qu'en atténuant son intensité. Les effets de l'irrigation sont enfin caractérisés et analysés plus globalement, sur les deux semaines de la période spéciale d'observation de LIAISE. Ces effets cumulés permettent d'évaluer la rétroaction de l'atmosphère influencée par l'irrigation sur l'évapotranspiration des cultures. Il est notamment démontré que les conditions atmosphériques plus fraîches, plus humides et moins venteuses provoquées par l'irrigation influencent l'évapotranspiration de la végétation. En particulier, ignorer cette rétroaction atmosphérique, comme c'est souvent le cas dans les modélisations de surface continentale non-couplées utilisées en hydrologie et agronomie, conduit à une surestimation de l'évapotranspiration des cultures irriguées. Cette surestimation est quantifiée à environ 20 à 40 % sur les zones irriguées dans le contexte de LIAISE. Cette thèse révèle le rôle prépondérant de l'irrigation sur la météorologie du bassin de l'Ebre pendant l'été. Les résultats montrent également que les modèles couplés surface--atmosphère ne devraient plus négliger ce facteur dans les régions semi-arides, et une paramétrisation pragmatique de l'irrigation, dans cette optique, est proposée. Au-delà d'une meilleure compréhension de l'influence de l'irrigation sur l'atmosphère, et de son importance en modélisation atmosphérique, ce travail contribue également à mieux comprendre son impact sur le cycle de l'eau à travers sa composante évapotranspirative, et plus largement sur l'impact de l'anthropisation et la soutenabilité de nos activités humaines.</div>

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