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UM 110
(CNRS/UTLN/AMU/IRD) |
Mes activités de
recherche MIO
(aérosols marins) |
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Présentation > Recherche > Aérosols marins
L'aérosol marin est principalement
produit par le déferlement (moutonnement) qui se traduit par une certaine
proportion de mer blanche, lieu de phénomènes turbulents complexes favorisant
les transferts air-mer et des processus de largage dans la couche limite
atmosphérique marine d'aérosols chargés de sel. Les aérosols ainsi libérés
dans l'atmosphère sont advectés horizontalement par le vent et transportés
dans les terres situées dans le lit du vent où elles se redéposent, en
particulier sur les végétaux. Leur forte teneur en sel peut présenter un
effet nuisible sur la végétation. De plus, une forte concentration en
aérosols peut se traduire par une détérioration de la visibilité et affecter
les performances des appareils de détection infrarouge équipant les navires.
Les phénomènes de réfraction atmosphérique ont un large impact sur la
probabilité de détection des cibles dans la couche de limite atmosphérique
marine. La modélisation du transport
d’aérosols est abordée sous deux angles différents dans leur approche
mais néanmoins complémentaires. Couplage entre code
météorologique et modèle paramétrique de concentration en aérosols marins Jacques Piazzola a développé un
code d’extinction optique spécifique des zones côtières
méditerranéennes (MEDEX : MEDiterranean EXtinction code). Ce modèle
paramétrique est issu de mesures de concentration en aérosols marins
réalisées lors de plusieurs campagnes expérimentales dans la région. Jusqu’à
présent, il ne permettait de connaître le profil vertical d’aérosols
qu’en un seul point à la fois. Dans le cadre de la thèse de
Romain Blot, le couplage de ce code avec un modèle météorologique à
mésoéchelle – échelle locale a été réalisé, de façon à pouvoir calculer
la répartition horizontale de la concentration en aérosols sur une large
zone. Dans le cadre de cette étude, RAMS a été utilisé mais ce couplage peut
être réalisé avec un autre modèle. La production d’aérosols
marins dépend de l’état de la surface marine et donc de la vitesse du
vent, de la longueur de fetch et dans certains cas de la zone de déferlement
sur la plage. Il est aisé de comprendre que la côte va avoir un effet
primordial, de par sa distance au point considéré d’une part, et son effet
d’abris ou de sillage d’autre part. Les simulations réalisées ont
montrés que pour certains cas (mistral notamment), la lieu d’étude de
Porquerolles était une zone de transition, présentant un gradient horizontal
important de concentration (voir exemple ci-dessous). Ceci a permis
d’expliquer des résultats de mesures qui semblaient parfois
incohérents. Cette approche a toutefois le
défaut de ne pas prendre en compte l’aspect instationnaire du transport
d’aérosols (notamment pour la rotation du vent), ni la diffusion
horizontale transversalement à la direction du vent. Exemple
de cartes de concentration calculées Développement du
code MACMod (modèle numérique de concentration d’aérosols marins) Le code MACMod
(Marine Aerosol Concentration Model) est en cours
de développement et de validation. Il résout les équations de transport des
aérosols marins (sous la forme de l’équation de bilan pour la
concentration), en deux dimensions (horizontal et vertical), instationnaire,
en utilisant la méthode des volumes finis. Le champ de vent peut être issu
d’un modèle météorologique (RAMS dans le cas présent), les flux de
production et de dépôt à la surface marine sont paramétrables (à partir de
modèles bibliographiques), la concentration initiale peut être donnée grâce à
un modèle paramétrique (MEDEX ici), les effets de stabilité thermique, de
diffusion turbulente, de raréfaction (autour des plus petits aérosols) sont
pris en compte. Une première application a été
l’étude de la décroissance en concentration des aérosols issus de la
zone de déferlement. Les mesures expérimentales étant rares et difficiles à
réaliser, la simulation numérique apporte ici un bon complément à
l’analyse des phénomènes observés. Il a été vérifié que
l’influence de la zone de déferlement se faisait ressentir sur des
dizaines de kilomètres. Une étude de l’effet de la
stabilité atmosphérique (liée à la différence de température air-mer) sur le
transport d’aérosols est en cours. Le coefficient de diffusion
turbulente KT est divisé par la fonction f(z/L) dépendant de la
longueur de Monin-Obukhov L. Le paramètre f-1 peut être vu comme un facteur
d’amplification de la diffusion turbulente. Pour des vents faibles et
des températures de mer froides (comparé à l’air), la stratification
des couches atmosphériques est clairement visible (f-1~0). Lorsque la vitesse du vent
augmente l’instabilité augmente, tout en étant restreinte tant que la
mer est froide. Pour une mer ‘’chaude’’,
l’instabilité (thermique) explose aux petites vitesses de vent, mais
des vitesses élevées ont tendance à diminuer ce phénomène, la convection
horizontale prenant le dessus sur la convection thermique. Exemple
de l'effet de la stabilité
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