Étude de l'impact des surfaces urbanisées sur la convection en région parisienne à l'aide d'observations et de simulations numériques hectométriques

Auteur moral

Institut National Polytechnique de Toulouse : INP Toulouse

Auteur moral

Masson, Valéry ; Augros, Clotilde

Année de publication

2024

L'urbanisation intense engendrée par le développement des villes a profondément transformé les milieux naturels, influant directement sur l'état de l'atmosphère située à proximité. Outre la formation bien connue de l'îlot de chaleur urbain, caractérisé par des températures plus élevées dans les zones urbaines que les zones rurales environnantes, la ville présente également la capacité de modifier la convection et les précipitations. Durant les situations propices, un renforcement de ces phénomènes peut être constaté au-dessus et en aval de la zone urbanisée, en fonction du vent dominant. Afin d'améliorer la modélisation de ces interactions ville-atmosphère et d'accroître leur anticipation, l'étude des impacts de l'urbanisation sur les précipitations et la compréhension des mécanismes associés s'avère essentielle.Cette thèse s'est appuyée sur plusieurs méthodes impliquant à la fois des outils d'observation et de modélisation pour étudier de manière rigoureuse l'effet de l'urbanisation de l'agglomération parisienne sur la convection et les précipitations et comprendre les processus sous-jacents. La première approche a consisté à établir une climatologie détaillée des orages sur l'Île-de-France et ses départements limitrophes entre 2010 et 2022. Les données de composites de réflectivités radar et les observations d'éclairs ont été analysées afin d'identifier les périodes de l'année et les zones les plus propices à la formation de la convection sévère sur la région parisienne. En tenant compte de la direction du vent en altitude, ces travaux ont révélé une augmentation de la fréquence des orages dans les secteurs situés au-dessus et en aval de la ville, en comparaison avec le secteur en amont.Dans la continuité de ces résultats, une seconde approche utilisant des simulations numériques a été réalisée afin de quantifier la sensibilité des précipitations à l'urbanisation. Deux configurations du modèle de recherche Meso-NH ont été mises en oeuvre, l'une tenant compte de l'urbanisation parisienne et l'autre remplaçant les zones urbaines par de la végétation. L'originalité de cette thèse a résidé dans l'utilisation d'un ensemble de simulations à la résolution horizontale de 300m, permettant de prendre en compte les incertitudes numériques inhérentes à la modélisation des phénomènes orageux. Cette méthode, testée en premier lieu sur un cas de convection diurne, a montré son utilité pour estimer la significativité des résultats et analyser les processus urbains impliqués dans l'altération des précipitations. Elle a par la suite été étendue à un panel de situations convectives sur la région parisienne afin de dresser un bilan plus large des processus clés. Les analyses réalisées ont permis de montrer qu'en raison de l'augmentation du flux de chaleur sensible en milieu urbain, les vitesses verticales en basses couches sont renforcées et la couche limite atmosphérique se développe de manière plus importante. Cela a pour conséquence d'initier ou d'accentuer la convection sur la zone urbanisée et d'augmenter les précipitations au-dessus et en aval de la ville durant les situations propices. Ces travaux apportent de nouvelles perspectives quant à l'utilisation d'ensembles à l'échelle horizontale hectométrique pour l'étude des phénomènes complexes tels que les orages et leur interaction avec les surfaces urbanisées.</div>

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