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Ce thème de recherche concerne
la modélisation des champs atmosphériques dans la zone côtière
méditerranéenne. Cette activité a pour but de mieux connaître la structure spatio-temporelle
des champs de vent. Les situations météorologiques typiques se déroulant
dans la région sont spécifiquement étudiées (Mistral, vent d’Est,
brises) :
L’outil central est le
code de calcul à méso-échelle RAMS,
développé à l’Université du Colorado. La prise en main de ce code a
été relativement fastidieuse, mais il est désormais pleinement opérationnel
et il a été validé pour la zone côtière méditerranéenne que nous étudions
plus particulièrement.
Etude couplée
climatologique/numérique du champ de vent en zone côtière –
application au potentiel éolien
Le but de cette étude a été de
connaître le potentiel éolien en zone maritime méditerranéenne nécessaire à
l’implantation de futures éoliennes offshore flottantes. Ce type
d’éoliennes permet l’exploitation de sites plus éloignés de la
côte que les éoliennes sur pieux utilisées jusqu’à présent.
Les cartes de potentiel éolien
‘’classiques’’ sont issues de données statistiques
de stations météorologiques terrestres. Ce réseau de stations est assez
dense à terre, mais il est difficile d’extrapoler les résultats
obtenus à la mer, non seulement à cause du changement de l’intensité
du vent mais également à cause de l’apparition de zone d’abris
ou de sillage dus au relief côtier à petite échelle. D’autre part,
des simulations numériques peuvent être réalisées pour la zone maritime,
mais il n’est pas possible de le faire à haute résolution sur une
zone assez large et sur une période de 20 ans nécessaire à
l’obtention de statistiques fiables. Le principe de cette étude a été
de combiner des simulations numériques de champ de vent à haute résolution
dans la zone côtière méditerranéenne à une étude climatologique statistique
de la même région, de façon à créer des cartes précises de potentiel éolien
maritime.
Une étude bibliographique de la
climatologie de la région côtière méditerranéenne a été effectuée dans le
but de recenser et de caractériser les divers types de vents de la zone
étudiée. Outre ces renseignements, une analyse statistique a été conduite à
partir de données météorologiques fournies par le Centre Européen de la
Prévision Météorologique à Moyen Terme (ECMWF) sur une vingtaine
d’année afin de visualiser les tendances générales des épisodes de
vent sur un large domaine. Cette analyse a ensuite été complétée par une
étude très locale menée au moyen de données enregistrées par la station
météorologique de Marignane. Ceci a permis de connaître le type et
l’occurrence des différentes situations météorologiques en fonction
des périodes de l’année. Pour chacun de ces cas, une simulation
numérique à haute résolution (1 km) a été effectuée et associée ensuite à
la probabilité statistique du dit cas. Finalement des cartes
de potentiel éolien et de densité de puissance du vent ont été
réalisées.
Etude numérique du
champ de vent en zone côtière à échelle locale
La complexité géographique à
petite échelle de la zone côtière induit des processus complexes dans la
dynamique des vents, processus qui ont de plus tendance à interagir. Trois
particularités sont plus particulièrement étudiées grâce à des simulations
numériques à haute résolution :
- le trait de côte : plus spécifiquement
dans les régimes de brises. La brise a en effet tendance à être
grossièrement perpendiculaire à la côte. Les variations à petite échelle de
direction de la côte vont jouer sur la brise à basse altitude
(‘’shallow breeze’’), alors que le trait de côte
plus global va influer sur la brise à plus haute altitude
(‘’deep breeze’’). On peut donc avoir deux niveaux
de brises ayant des directions assez différentes.
- la topographie : suivant
l’importance et la forme de la singularité topographique (collines,
vallée), le vent à basse altitude peut être dévié horizontalement
(contournement de relief ou canalisation par vallée) ou verticalement
(franchissement d’une barre de relief). Des simulations de brises
effectuées récemment ont montré que des reliefs à petite échelle (de
l’ordre de 3 à 4 km) pouvaient modifier fortement la dynamique de la
brise à basse altitude, créant des zones protégées ou divisant une zone de
relief en une partie contournée et une partie franchie, à quelques
kilomètres l’une de l’autre. Une étude numérique est également
en cours concernant le vent d’Est, d’origine marine. Bien
qu’impliquant des processus à échelle plus large, les reliefs
relativement élevés au niveau de la côte sont susceptibles de modifier
assez fortement la dynamique de ces vents à basse altitude en zone côtière,
notamment par des phénomènes de blocage.
- l’inhomogénéité des
surfaces : plus spécifiquement dans les régimes de brises aussi. Si le
phénomène de transition terre/mer est clairement identifié au niveau de la
surface (rugosité, albédo, inertie thermique), les effets dus à la
disparité des surfaces continentales à petite échelle sont moins connus. La
présence de grandes agglomérations, ayant sur quelques kilomètres carrés
des caractéristiques très différentes des zones environnantes, doit être
mieux pris en compte, aussi bien au niveau de la modélisation elle même
qu’au niveau de la dynamique atmosphérique.
Exemple
de simulation
Les modélisations effectuées ont
été validées grâce aux campagnes de mesures expérimentales réalisées dans
la région (FETCH 1998 et ESCOMPTE 2001). Les simulations à haute résolution
(1 km) ont montré une bonne prise en compte des effets locaux.
Exemple
de validation
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PUBLICATIONS
ARTICLES :
* GUENARD V., DROBINSKI P., CACCIA J.L., TEDESCHI G. & CURRIER
P., ‘’Dynamics of the MAP IOP-15 severe Mistral event: observations
and high-resolution numerical simulations’’, Q.J.R. Meteorol.
Soc, Vol. 132, pp. 757-777, 2006.
* PEZZOLI A., TEDESCHI G. & RESCH F., ‘’Numerical
simulation of strong wind situations near the Mediterranean French coast:
comparison with FETCH data’’, J. of Applied Meteorology,
Vol. 43, n°7, pp. 997-1015, 2004.
* PEZZOLI A., RESCH F. & TEDESCHI G., ‘’Effetti della
stratificazione atmosferica sull’interazione vento-onde in zona
costiera’’, Ac. Sciences Turin, Memorie Sc.
Fis., pp. 1-23, 2004.
COMMUNICATIONS :
* CELIE S., TEDESCHI G. & RESCH F., ‘’Breeze event
on the French Mediterranean coast during the ESCOMPTE campaign: numerical
simulation and experimental data analysis’’, European
Geosciences Union, Geophysical Research Abstracts, Vol. 8, EGU06-A-03502,
Vienna, Austria, April 2006.
* CRISTOFORI E., PEZZOLI A., RESCH F. & TEDESCHI G.,
‘’Importance of correcting wind input for wave simulations:
analysis of a Mistral event in the French Mediterranean coastal
zone’’, European Geosciences Union, Geophysical Research
Abstracts, Vol. 8, EGU06-A-03008, Vienna, Austria, April 2006.
* GUENARD V., TEDESCHI G., DROBINSKI P. & CACCIA J.L.,
‘’Wave breaking over local topography during the MAP IOP 15
mistral event: Observations and high-resolution numerical
simulations’’, 28th International Conference of Alpine
Meteorology, Zadar, Croatia, May 2005.
* GUENARD V., DROBINSKI P., CACCIA J.L. & TEDESCHI G.,
“The mistral: gap or downslope wind ?”, 1st EGU
General Assembly, Nice,
France,
April 2004.
* GUENARD V., CACCIA J.L. & TEDESCHI G., “The vertical
structure of the mistral observed during ESCOMPTE”, Mesoscale
Transport Dilution ESCOMPTE workshop, Paris, France,
Jan. 2004.
* GUENARD V., TEDESCHI G. & CACCIA J.L., “Numerical
simulation of a mistral event occurring during the ESCOMPTE field
experiment”, EGS-AGU-EUG Joint Assembly, Nice, France,
April 2003.
* PEZZOLI A., TEDESCHI G. & RESCH F., ‘’Numerical
simulation of strong wind situations near the Mediterranean French coast:
comparison with FETCH data’’, IUGG XXIII General Assembly,
JSM03/09A/D-001, Sapporo, Japan, July 2003.
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