Mesurer la vapeur d'eau dans la basse atmosphère pour anticiper les inondations en Méditerranée

Publié par Adrien le 27/11/2020 à 09:00
Source: CNRS INSU
Afin de mieux prévoir les inondations liées aux épisodes de fortes pluies qui ont lieu chaque année en Méditerranée, le projet ANR WaLiNeAs va réaliser des mesures de vapeur d'eau dans la basse atmosphère qui seront intégrées dans le modèle de prévision de Météo-France (Météo-France est l'organisme français de météorologie, un...). Né d'un partenariat entre Météo-France, le CEA et le CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) via l'association de trois laboratoires que sont le Centre national de recherches météorologiques (CNRM), le Laboratoires des sciences du climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une...) et de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) (LSCE) et le Laboratoire atmosphères et observations spatiales (LATMOS), le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) testera l'apport de cet outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son...) de prévision intégré pendant quatre ans. Cyrille Flamant, directeur de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) CNRS au LATMOS et porteur du projet, répond à nos questions.


Images prises au-dessus de la Méditerranée le 23 octobre 2019 lors d'un épisode méditerranéen. Les étoiles noires indiquent la position envisagée des lidars du réseau WaLiNeAs. La flèche noire indique la direction dominante du flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) de basse couche.
© NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de...) WorldView

Que sont les épisodes méditerranéens et pourquoi sont-ils difficiles à prévoir ?

Chaque automne (L'automne est l'une des quatre saisons des zones tempérées. Elle se place entre l'été et...), le sud-est (Le sud-est est la direction à mi-chemin entre les points cardinaux sud et est. Le sud-est est...) de la France est frappé par des épisodes méditerranéens - épisodes de précipitations intenses qui peuvent engendrer d'importantes inondations. À la fin de l'été, des vents du Sud/Sud-Est remontent vers la France et, la Méditerranée étant encore chaude, ils soulèvent sur leur passage une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) chaud et humide. Il y a ensuite deux scénarios possibles. Soit cette masse d'air est tellement instable qu'elle forme un système orageux qui peut précipiter dès le littoral. Soit, lorsqu'elle atteint les reliefs montagneux de la région, elle se refroidit, entraînant la condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui...) d'une part importante de la vapeur () d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) qu'elle contient et provoquant de fortes pluies. Dégâts matériels et pertes humaines sont souvent à déplorer car ces épisodes restent compliqués à anticiper, tant au niveau de leur localisation que de leur chronologie et de la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de pluie (La pluie désigne généralement une précipitation d'eau à l'état...). Une des raisons est que nous ne disposons pas de mesure de vapeur d'eau avec une bonne résolution verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le...) dans les trois premiers kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système...) de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :). Grâce à son réseau de radars ARAMIS, Météo-France peut mesurer la quantité de pluie en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) réel au niveau du sol. Au-dessus de trois kilomètres, les satellites (Satellite peut faire référence à :) surveillent des indicateurs de précipitation (En météorologie, le terme précipitation désigne des cristaux de glace ou des...). Mais entre les deux, il n'existe pas de système d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) opérationnel capable de nous renseigner sur la variabilité de la vapeur d'eau avec la résolution verticale nécessaire.

En quoi consiste le projet WaLiNeAs ?

Nous allons mettre en place un réseau de lidars en Méditerranée Occidentale pour mesurer la vapeur d'eau dans cette couche atmosphérique et ainsi combler la zone "aveugle". Ce réseau sera coordonné par le LSCE qui va développer de nouvelles versions des lidars Raman et DIAL pour répondre aux besoins du projet. La télédétection (La télédétection désigne, dans son acception la plus large, la mesure ou l'acquisition...) par lidar (La télédétection par laser ou LIDAR, acronyme de l'expression en langue anglaise...) est une technique de mesure à distance. Il s'agit d'envoyer un faisceau lumineux (souvent issu d'un laser) vers une cible et de mesurer la distance et les propriétés de cette cible grâce au faisceau qu'elle renvoie. Grâce au projet HyMeX du programme MISTRALS et aux recommandations de Météo-France, nous savons que les mesures doivent être réalisées pendant au moins trois mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...) et sur de multiples sites. Nous effectuerons donc une campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés...) de mesures en continu sur cinq sites pendant trois mois. Les profils de vapeur d'eau ainsi acquis auront une très haute résolution verticale, d'environ 150 mètres, ce qui signifie qu'une mesure du contenu en vapeur d'eau sera obtenue tous les 150 mètres. Les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) seront traitées en temps réel et ensuite introduites toutes les 15 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un...) dans le modèle de prévision météorologique (La prévision météorologique est une application des connaissances en...) AROME de Météo-France. L'objectif, à moyen terme, est d'améliorer la prévision des évènements fortement précipitants afin de prévenir les populations des zones à risque au moins deux jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) à l'avance.

Pourquoi n'existait-il pas de réseau lidar jusqu'à présent ?

C'est une histoire de maturité technologique. Les radars ont beaucoup d'avance sur les lidars car ils ont été perfectionnés par de nombreux pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...) pendant la Seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) Guerre mondiale. Les lidars ont été développés dans les années 1960 et ce n'est que depuis une dizaine d'années qu'ils ont commencé à pouvoir fonctionner de manière automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la...) et autonome.

Comment le projet va-t-il être mis en oeuvre ?

Le financement vient d'être validé par l'Agence nationale de la recherche (ANR) et le lancement officiel du projet aura lieu en avril 2021. Nous sommes actuellement en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de...) d'obtenir les autorisations nécessaires pour l'installation des lidars sur les cinq sites identifiés: à Minorque (Minorque (Menorca officiellement et en catalan ; du latin Balearis Minor) est une des...), en Sardaigne (La Sardaigne (en italien : Sardegna et en langue sarde normalisée : Sardigna) est...), près de Montpellier, sur l'île (Une île est une étendue de terre entourée d'eau, que cette eau soit celle d'un cours d'eau, d'un...) du Levant et dans la vallée (Une vallée est une dépression géographique généralement de forme...) de l'Aude. Ces sites ont été choisis pour surveiller différentes zones à risque et zones de passage de masses d'air critiques. La campagne de mesure de trois mois aura lieu à l'automne 2022, l'automne étant la saison (La saison est une période de l'année qui observe une relative constance du climat et de...) des épisodes méditerranéens. Une fois la campagne terminée, nous étudierons comment améliorer le traitement et la précision des données. Si, au terme des quatre années du projet, Météo-France est convaincu de l'intérêt d'intégrer des données lidar dans AROME, nous pourrons alors envisager l'installation un réseau lidar pérenne.

Anticipez-vous des difficultés techniques ?

Non, car les lidars doivent juste avoir accès à l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la...) et à Internet (Internet est le réseau informatique mondial qui rend accessibles au public des services...) (pour fournir les données à Météo-France en temps réel) et que le système sera complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou...) automatisé. La chose seule qui pourrait poser problème pour le projet serait s'il n'y avait pas ou peu d'épisodes méditerranéens en 2022, mais cela est très peu probable.

Les données obtenues peuvent-elles présenter un autre intérêt ?

Les lidars sont capables de cibler des molécules dans l'atmosphère ce qui leur permet de détecter, en plus de la vapeur d'eau, les aérosols et les poussières désertiques en provenance de l'Afrique (D’une superficie de 30 221 532 km2 en incluant les îles,...). Nos données seront mises en accès libre sur le centre de données Data Terra (Terra (pluriel terrae) est un mot d'origine latine qui désigne la Terre, le sol. Il est employé...) afin que d'autres équipes de recherches, étudiant par exemple la pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le...) méditerranéenne, puissent s'en servir si nécessaire.
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