Couche limite: Effets géographiques sur les vents locaux dans le sud-est de la France

Cours de couche limite animée par Mme Eva Monteiro du département des sciences de l'atmosphère de l'UQAM (Canada)
Présenté par Yohia Christophe
Ce document est une adaptation d'un fichier word.

Sommaire:

-Introduction
-II Materiel et méthodes
-III Résultats et discussion
-IV Annexe

Introduction :

Le sud-est de la France dont le nom administratif est PACA (Provence Alpes Côte d’Azur) présente un relief très accidenté ou les altitudes peuvent varier rapidement sur quelques kilomètres, en effet, au nord-est de la région , il y a la chaine alpine dont les altitudes sont supérieures à 3000mètres et au nord-ouest le Massif Central un peu moins élevés que les Alpes (1500mètres). (En annexe, on trouvera une carte de la région avec le positionnement géographique des stations.) En continuité de ces massifs, on trouve des reliefs moins importants dans la partie sud mais deviennent très hétérogenes. Cela implique des conditions météorologiques fortement différentes tant sur le plan de la pluviométrie, de la température et du vent pour des stations proches l’une de l’autre.
D’une part, sur la pluviométrie, le relief crée un forçage sur les masses d’air permettant d’atteindre plus rapidement leur point de condensation et donc augmenter localement le taux de précipitations. D’autre part, sur la température, du fait de l’inclinaison des pentes, le rayonnement solaire reçu au sol n’est pas homogène créant ainsi des zones déficitaires et des zones excédentaires énergétiquement donc des différences de températures notables, également du à l’écoulement de l’air par gravité résultant généralement d’une modification de la densité. Enfin sur le vent, les enregistrements de vitesse et de direction présentent une allure très discontinue comme le montre la figure ci-dessous représentant la vitesse du vent enregistrée à la station de la Roques d’anthéron.

Fig 1 Vitesse du vent à la station Roques d’anthéron du 8 au 9 octobre 2003

On peut discerner sur le signal une tendance sur laquelle vient se rajouter des fluctuations rapides associées à la rafale qui peut alors être défini comme un écart à la vitesse du vent par rapport à sa valeur moyenne sur un laps de temps relativement court, elles traduisent une instabilité dynamique de l’air. Ce sont justement ces rafales induites par le relief qui nous interesse et que nous allons tenter d’étudier. Le point important à noter pour cette étude est que nous n’avons pas aborder l’étude d’un point de vue spectrale mais plutot dans une optique de comparaison entre l’analyse des vents issues d’un modèle et ce que l’on observe.

L’ensemble des données proviennent du réseau de station de Meteosudest (http://www.meteosudest.org) et les capteurs sont de marques Davis. Chaque station possède un capteur de température, d’humidité, de point de rosée, de préssion, un anémomètre et une girouette Le capteur de température couvre une gamme de -45 à 60°C avec une précision de 0.5°C et une résolution de 0.1°C. Le capteur d’humidité a une gamme de 0 à 100% avec une précision de 3% et une résolution de 1%. L’anémomètre couvre une gamme de 0.4 à 78m/s avec une précision de 5% et une résolution de 0.1m/s. Enfin la girouette a une gamme de mesure de 0 à 360° dont la précision est de 7° et une résolution de 1°. Deux stations (Mourets (Marseille) et Peypin ) ont une acquisition de 5min tandis que les trois autres stations (Besse sur Issole (Var), Aubagne, la Roques d’Anthéron) ont une acquisition de 1min.
Le modèle utilisé est celui de la météorologie nationale italienne (http://www.meteoliguria.it) développé par une coopération entre l’institut des sciences de l’atmosphère et du climat, du département de physique de l’université de Gêne et du centre météorologique-hydrologique de la région du Liguria . Le modèle présente deux résolutions, l’une de 21km et l’autre de 6.5km. Pour les besoins de notre étude, nous travaillerons avec la résolution 6.5km dont les caractéristiques sont les suivantes L’initialisation et les conditions aux limites sont issues du modèle 21km dont ce dernier provient du modèle ECMWF (initialisé à 00hUTC) possédant une grille sphérique obtenu par le service aeronautique militaire et les différents niveaux sont hybrides La durée est de 36h (de 12h à 48h) La grille est sphérique, horizontale de type Arakawa C, 140*130 points de grille pour une résolution de 0.06° et possédant 40niveaux verticaux.

Pour répondre à notre question, nous avons alors choisis trois vents dominants dans la région du sud-est de la France et nous avons restreint notre zone d’étude aux départements des Bouches du Rhône et du Var, départements présentant un relief particulièrement accusé. Les trois vents dominants sont :
-Le mistral vent de secteur nord à nord-ouest froid et sec soufflant en rafale.
-Le vent de secteur est, particulièrement fort et généralement associé à une dépression se situant dans le golfe de Gêne
-Les brises marines qui s’établissent durant la saison chaude et sont dominantes de mai à septembre. On peut alors définir de manière plus précise les trois types de vent. Dans le cas du mistral, vent de secteur nord à nord-ouest froid et sec soufflant dans la vallée du Rhône et pouvant s’étendre jusqu’au large des côtes provençales. Météo-France défini jour de mistral de la facon suivante : -Quand souffle en rafale, un vent d’une vitesse supérieure ou égale à 10m/s, qui est de secteur nord en vallée du Rhône, nord-ouest sur la Provence et ouest sur les côtes varoises et si la situation synoptique est sensée générer du mistral.

Fig 2 Situation synoptique typique de mistral. La carte du 05/12/1998 (0h00 TU) établie par l’université de Karlsrhue (Allemagne) présente en superposition les champs de pression (isobares en trait blanc exprimés en hectopascal) et les isolignes du décamètre géopotentiel dont l’échelle est donnée sur la droite.

En effet, le mistral est le résultat d’un phénomène synoptique,généralement lorsque la France connaît un courant de nord. Il est lié à une dorsale anticyclonique sur le proche atlantique et un système dépressionnaire centré sur le golfe de Gênes comme le montre la carte d’analyse du champ de pression le 05 décembre 1998 (figure 1) Le vent d’est est un phénomène plus restreint et touche les départements côtiers (Var, Alpes Maritimes et Bouches du Rhones). Ce type de vent est généralement associé à une depression se creusant en méditerrannée tel que le montre la carte d’analyse de surface établie par le Met-Office

Fig 3 Analyse de surface du 3 décembre 2003 établie par le Met-Office présentant les isobares (en trait noir exprimés en hectopascal) et les fronts representés par les lignes discontinues comportant des demi-cercles et des triangles.

Lorsqu’une dépression se creuse en méditérannée comme le montre l’analyse de surface du 3 décembre 2003, le vent prend une composante est à sud-est et ou cette fois-ci le relief joue un rôle prépondérant dans la direction du vent. Enfin les brises, phénomène de méso-échelle, se produisent par beau temps, en fin de matinée ou début d’après-midi naissant d’une différence thermique entre deux milieux comme la mer et le continent et le vent résultant souffle de milieu froid vers le milieu chaud. Donc nous avons alors pris trois situations correspondant aux trois cas définis précédemment. L’épisode de mistral est celui du 8 Octobre 2003 Le phénomène de brise a été étudié sur une période de 24h sur la journée du 26 Juin 2003 Le vent d’est correspond à un épisode touchant le département du 1 au 4 décembre 2003.

Les résultats seront présentés successivement pour les trois cas et nous séparerons les stations ayant une acquisition de 1min et de 5min. Episode de mistral Dans la figure 3 est présentée l’évolution des vitesses du vent pour le mois d’octobre respectivement pour la station des Mourets (Chateau-Gombert, commune de Marseille) et de la ville de Peypin. La station de Peypin relève des vitesses de vent comprises entre 2 et 11m/s mais fluctuent rapidement. Pour la station des Mourets, les vitesses sont plus faibles oscillant entre 2 et 6m/s. Dans les deux cas, on note une décroissance importante de la vitesse du vent en fin de période ou les vitesses deviennent inférieures à 2m/s. Cette décroissance correspond à la fin de l’épîsode du mistral.

Fig 3 Figure 3 Vitesse du vent moyenne du 8 au 9 octobre 2003.

Sur la figure 4, nous avons representé les directions de vent pour les mêmes stations aux mêmes dates. La station de Peypin est sous la dominance d’un vent de secteur nord-ouest mais la direction fluctue entre 320 et 360° tandis que la direction au Mourets, oscillent entre 280 et 360° et présente plus de variation que Peypin .

Fig 4 Direction du vent du 8 au 9 octobre 2003

En fin de période, pour les deux postes de mesures, la direction du vent ne présente plus une direction dominante qui coincide avec la fin du mistral. On note un parrallélisme pour les deux courbes, il y a la même tendance mais des fluctuations très importantes pour chacune d’elle. Nous présentons les graphiques réalisés pour les stations ayant un taux d’échantillonage de 1min et qui sont la station d’Aubagne, Besse sur issole et la Roque d’Antheron.

Fig 5 vitesse moyenne du vent du 8 au 9 Octobre 2003

La figure 5 represente la vitesse moyenne du vent du 8 au 9 Octobre 2003. La station de Besse sur Issole a des vitesses comprises entre 2 et 15m/s mais le signal montre de très grandes oscillations de même que la station d’Aubagne ou les vitesses de vent sont similaires à celle de Besse sur Issole. Une nette différence apparait sur le poste de la Roques d’Anthéron ou les vitesses sont plus faibles, oscillant entre 0 et 6m/s mais l’on retrouve d’importantes fluctuations. Dans les trois cas, on note une tendance moyenne générale avec un maximum de vent se situant vers 8 et 12h le 8 octobre et en journée du 9 puis suivi d’une baisse significative du vent. Cette baisse étant du à la fin du mistral se retrouve sur la figure 3. L’analyse de la direction du vent présente la même direction dominante du vent de secteur nord-ouest que la figure 4 sauf pour la station de la Roque d’anthéron, il est alors difficile de dégager une direction dominante comme sur les autres postes comme le montre la figure 6.

Fig 6 Direction du vent du 8 au 9 Octobre.

Les deux stations Aubagne et Besse sur Issole ont des directions oscillant entre 290 et 360° tandis que la direction de la Roques varie entre 40 et 360° Nous nous sommes alors interessé aux analyses de vent aux altitudes 10m issues du modèle Bolam La figure 7 montre l’analyse du vent à 10m pour le 8 octobre à 12h UTC. Les fleches representent la direction et la longueur, l’intensité. On note alors un vent très fort de secteur Nord en basse vallée du Rhône et sur la bordure côtiere des Bouches du Rhône et du Var. Il devient plus faible à l’est (Est du Var et les Alpes Maritimes) et on note une légère rotation dans la direction du vent. Le vent de nord redevient fort en méditérannée et notamment sur la Corse.

Fig 7 Analyse des vents à 10m et de la température à 2m issue du modèle Bolam pour le mercredi 8 octobre 2003 à 12h UTC.

On note également qu’au dela de 46°N le vent est de composante ouest et s’oriente progressivement nord lorsqu’on se rapproche de la bordure cotière. Cette orientation du vent peut-être expliquer par la presence des deux massifs, à l’ouest le massif central et à l’est les Alpes jouant le rôle d’entonnoir et canalisant ainsi l’air. La figure 8 est l’analyse du vent à 10m pour le 9 octobre

Fig 8 Analyse des vents à 10m et de la température à 2m issue du modèle Bolam pour le jeudi 9 octobre 2003 à 12h UTC

On constate toujours un vent fort sur les départements des Bouches du Rhône et du Var mais le vent a diminué en intensité sur l’est de la méditerrannée notamment entre Corse et continent et sur la côte italienne. En vallée du Rhone, le vent reste de composante dominante nord avec une orientation du vent vers 46°N. Comme précedement, on retrouve l’éffet de vallée et de goulet d’étranglement pour l’écoulement de l’air. Episode de brise Nous présentons le graphique de la vitesse du vent sur 24h dans le cas du régime de brise pour la station des Mourets et de Peypin (figure 9) ou il y a une similarité très importante entre les deux postes de mesure.

Fig 9 vitesse moyenne du vent du 26 Juin 2003

En début de nuit, le vent est variable faible et commence à s’établir en début de matinée, d’abord sur les Mourets , ensuite sur Peypin. Sur les Mourets, il atteint son maximum vers 11h tandis que sur Peypin, celui-ci est atteint vers 14h. On retrouve ce déphasage en fin d’après-midi ou le vent faiblit d’abord sur Marseille (Mourets) puis sur la commune de Peypin. On remarque également que dans les deux cas, le vent ne souffle pas de manière régulière et entre 2 et 5m/s. Dans le cas de la direction (figure 10), il y a une différence entre les deux postes de mesures, sur Mourets, la direction oscille entre 180° et 240° tandis que sur Peypin, en fin de matinée, le vent est orienté au 200° puis 250° en début d’après-midi.

Fig 10 direction du vent le 26 Juin 2003.

La vitesse du vent sur Besse sur Issole oscille entre 0 et 2m/s, sur Aubagne, entre 0 et 8m/s tandis que sur la Roques d’Antheron, entre 0 et 12m/s. On note que le vent n’est pas nul durant la période nocturne à Besse, il se renforce sensiblement en milieu de journée avant de faiblir en début de soirée. On retrouve le même schéma sur les deux autres stations avec toutefois une différence notable en période nocture ou le vent est nul.

Fig 11 Vitesse du vent le 26 Juin 2003.

La station de la Roques d’Anthéron présente une grande fluctuation sur la vitesse dont celle-ci passe de 2 à 12m/s. Cette oscillation importante se retrouve également sur la direction qui ne permet pas de dégager une tendance contrairement aux deux autres stations (Aubagne et Besse) comme le montre la figure 12.

Fig 12 direction du vent du 26 Juin 2003.

En effet, la direction à la Roques d’antheron varie entre 60 et 360° durant la journée ; durant la nuit, le vent étant trop faible pour dégager une direction dominante. Par contre, dans le cas des deux autres stations, on note un vent de secteur sud à sud-ouest (entre 180° et 240°) entre 9h et 18h. En milieu de nuit, à la station de Besse sur Issole varie entre ente 250 et 360° tandis qu’en fin de nuit, celui-ci devient est avant de s’orienter progressivement au sud-ouest. Maintenant nous présentons l’analyse du modèle pour cette journée (figure 13)

Fig 13 Analyse des vents à 10m et de la température à 2m issue du modèle Bolam pour le samedi 26 Juin 2003 à 12h UTC.

De manière générale, le vent est faible sur l’ensemble de la région mais il est un peu plus soutenu sur la côte ou deux directions dominantes apparaissent. A l’ouest (département des Bouches du Rhône) le vent est de composante sud-ouest devenant sud sur la partie extreme ouest. A l’est, département du Var et des Alpes Maritimes, il souffle de secteur sud-est, il devient nord-est entre Corse et continent. Dans les deux cas, on remarque que le vent est perpendiculaire à la côte. Episode de vent d’est Nous analysons maintenant les données pour le cas d’un épisode de vent d’est. On remarque sur la figure 14, que le vent d’est a commencé à s’établir le 1 décembre en cours de nuit et s’est renforcé aux fils des heures. Il a sensiblement diminué en fin de journée du 2 avant de se renforcer de nouveau durant la journée du 3 décembre puis de faiblir le 4.

Fig 14 Vitesse du vent du 1 au 4 décembre 2003..

Dans le cas de la station d’Aubagne, on remarque un net renforcement du vent dans la journée du 1er décembre ou celui-ci a atteint 12m/s puis a diminué par la suite avant d’atteindre des valeurs identiques durant la nuit du 3 au 4 décembre. Pour la station de Besse sur Issole, les vitesses de vent ont oscillé entre 2 et 8 m/s durant les journées du 1 et 2 puis s’est nettement renforcé les deux jours suivant ou il a atteint 14m/s. Seule la station de la Roques d’Antheron présente des vitesses très inférieures aux deux autres, on retrouvre toutefois les deux pics de vent, celui de la journée du 1 et du 3 avec une baisse dans la nuit du 2. Au poste de la Roque, les valeurs ont oscillé entre 0 et 4m/s. Nous avons du, pour la direction, séparer la Roques d’Antheron des autres stations car le signal de direction est totalement bruité par la presence du relief et de la vegetation a proximité du capteur et rendait la figure illisible. Donc dans le cas de Besse, on note une dominance du vent de secteur est (90°) durant la premiere journée (figure 15) puis devient est-nord-est en fin de période (60°). La station d’Aubagne a été sous la dominance des vents de secteur est-sud-est (110-130°) au début de l’épisode, puis s’est orienté au secteur est-nord-est durant la journée du 3 et 4.

Fig 15 Direction du vent du 1 au 4 décembre 2003

Dans la figure 16, on a representé le signal de direction pour la station de la Roques d’Anthéron

Fig 16 Direction du vent à la Roques d’Anthéron du 1 au 4 décembre

On remarque que contrairement aux autres postes, le signal est complètement bruité et ne permet pas de dégager une direction dominante. Le capteur anémomètrique se situe au pied d’une colline dont la pente est recouverte d’une forêt très dense ce qui pourrait expliquer l’allure du graphique. On retrouve la même allure pour les stations ayant un échantillonage de 5minutes (Peypin). Durant les deux premiers jours, le vent varie entre 2 et 12m/s puis diminue en cours de nuit du 2. Il se rétablit le 3 jusqu’au 4 et ou les valeurs de la vitesse oscillent également entre 2 et 12m/s (figure 17)

Fig 17 Vitesse du vent du 1 au 4 décembre 2003 à Peypin

On peut noter que la direction dominante (figure 18) a été de secteur est-sud-est (correspondant à 110°) en début d’épisode. Le 3, le vent prend une composante est (90°) puis devient sud en fin de période.

Fig 18 Direction du vent du 1 au 4 décembre 2003 à Peypin

Si on regarde l’analyse éffectuée par le modèle pour la journée du 1er décembre.(figure 19)

Fig 19 Analyse des vents à 10m et de la température à 2m issue du modèle Bolam pour le lundi 01 Décembre 2003 à 12h UTC

On note un vent de secteur sud-est très fort sur la côte méditérannéenne devenant est sur la côte d’azur et devient plus faible sur les régions alpines. Dans la partie nord de la vallée du Rhône, celui-ci devient de composante sud. Dans la journée du 2 décembre (figure 20) , le vent faiblit sensiblement et devient sud sur une grande partie de la région sauf sur l’extreme sud-est ou le vent de secteur sud-est se maintient et souffle toujours fort.

Fig 20 Analyse des vents à 10m et de la température à 2m issue du modèle Bolam pour le Mardi 02 Décembre 2003 à 12h UTC

En journée du 3 (figure 21), le vent change de direction et prend une composante est sur l’ensemble des départements côtiers et souffle de manière soutenue jusqu’en vallée du Rhône. Il reste toutefois plus faible sur les Alpes et la région Rhône Alpes.

Fig 21 Analyse des vents à 10m et de la température à 2m issue du modèle Bolam pour le Mercredi 03 Décembre 2003 à 12h UTC

Enfin, en journée du 4 (figure 22), le vent commence à faiblir sur le département des Alpes Maritimes et le Var en gardant une composante est dominante . Sur les Bouches du Rhône, il se rétablit au secteur sud-est et l’on observe une légère convergence au niveau de la zone limitrophe entre les Bouches du Rhône et le Gard. En vallée du Rhône, le vent se trouve canaliser de telle manière qu’il s’oriente au sud en soufflant modérement puis devenant plus faible en sortie nord de la vallée.

Fig 22 Analyse des vents à 10m et de la température à 2m issue du modèle Bolam pour le Jeudi 04 Décembre 2003 à 12h UTC

Pour le régime de brise et de mistral, nous avons calculé les coefficients de correlations entre les diverses stations Par souci de cohérence, les coefficients de correlations ont été calculé entre les stations ayant les mêmes pas de temps d’échantillonage. L’ensemble des résultats est presenté dans le tableau ci-dessous. Note pour les tableaux suivants : Aubagne/ Besse sur Issole signifie que le coefficient de correlation a été calculé en prenant comme référence la station d’Aubagne Mourets/ Peypin signifie que le coefficient de correlation a été calculé en prenant comme référence la station des Mourets

Mistral Station Taux d’échantillonage Période Coefficient de correlation pour la vitesse du vent Coefficient de correlation pour la direction du vent Aubagne/ Besse sur Issole 1min 2jours (8 et 9 octobre) 0.5 0.47 Aubagne/ Roques d’Antheron 1min 2 jours (8 et 9 octobre) 0.3 0.02 Mourets/ Peypin 5min 2 jours (8 et 9 octobre) 0.6 0.1 Tableau 1 : Coefficient de correlation pour le régime de mistral entre les différents points de mesure Régime de brise Station Taux d’échantillonage Période Coefficient de correlation pour la vitesse du vent Coefficient de correlation pour la direction du vent Aubagne/ Besse sur Issole 1min 1jours (26 juin) 0.8 0.06 Aubagne/ Roques d’Antheron 1min 1 jours (26 juin) 0.7 0.05 Mourets/ Peypin 5min 1 jours (26 juin) 0.35 0.13 Tableau 2 : Coefficient de correlation pour le régime de brise entre les différents points de mesure

On note des taux de corrélation ,pour la vitesse, peu significatifs dans le cas d’un régime de mistral mais une correlation très forte dans le cas des brises entre Aubagne et Besse sur Issole et Aubagne et la Roques d’Anthéron puisque dans le premier cas, le coefficient de correlation est de 0.8 et dans le second cas, il est de 0.7. En revanche, faible coefficient de correlation dans le cas des Mourets et de Peypin dans le régime de brise, il est de 0.35. Il apparait un résultat intéressant : pour le régime de brise ou de mistral, les coefficients de correlation sur la direction sont faibles, proche de 0.

Discussion
Suivant le régime établi, le signal de la vitesse du vent et de la direction ne présentent pas le même profil puisque dans le cas d’un épisode de mistral, on distingue plusieurs pics (figure 3 et 5) alors que dans un régime de brise, le vent est plus régulier (figure 11).
Toutefois, dans les trois cas, vent d’est, mistral et brise, il apparait clairement des fluctuations rapides. Ces fluctuations sont très marquées en épisode de mistral et les rafales enregistrées sont généralement très importantes mais il y a une hétérogéneité dans les valeurs maximales entre diverses stations.
Le mistral prend naissance au nord de la vallée du Rhône et subit une accélaration très importante, ce phénomène est connu sous le nom de l’éffet de venturi. A la sortie de la vallée du Rhône, le vent n’étant plus canalisé, diverge. Cela est visible sur les graphiques de vent (figure 3 et 5) ou toute les stations se situent dans la zone de divergence du vent, on passe de vitesses faibles de l’ordre de 2m/s à des vitesses importantes de l’ordre de 14m/s en un laps de temps très court. La direction du vent n’est pas régulière et subit de multiples changements. Ce qui est a noté dans le cadre du mistral est que celui-ci ne garde pas une direction constante sur tout les postes de mesures. Il est de secteur nord sur le département du Vaucluse, devient nord-ouest sur les Bouches du Rhône et ouest sur le Var.
Or le modèle du 8 et 9 octobre (figure 7 et 8) ne montre pas cette variation dans la direction, l’analyse montre un vent de secteur nord dans la vallée du Rhône puis devenant nord-ouest sur les départements côtiers avec une croissance dans la vitesse du vent lorsqu’on se rapproche de la mer. La célérité du vent diminuant lorsqu’on se déplace vers les Alpes Maritimes. L’autre aspect intéressant que l’on note sur les deux figures pré-citées, est que sur la région Rhône Alpes (latitude 46°N 4°E) le vent change de direction pour devenir nord, on voit alors apparaître l’effet geographique sur l’écoulement de l’air. Le modèle semble bien modéliser l’action du relief. Toutefois, cet action peut jouer un rôle de manière plus locale tel que l’on peut le constater sur les figures 3 4 5 et 6 puisque dépendant également du lieux d’installation du capteur. En effet, l’exemple le plus marquant dans le cas de l’action d’un relief local sur un capteur est la station de la Roques d’anthéron. Cette station présente des mesures très irrégulieres tant sur le plan de la vitesse et de la direction que dans les divers régimes de vent (en couleur jaune sur les figures 5, 6, 11, 12, 14 et 16. Le capteur étant placé au pied d’une pente avec une végétation importante, le problème majeur dans ce cas est que le signal ne correspond pas à la situation synoptique (non cohérence avec le modèle notamment dans le cas d’un régime d’est) et ne se rapproche d’aucune des autres stations. On voit donc que très localement, le relief peut générer une situation complètement différente de la situation synoptique D’autres phénomènes peuvent venir se superposer à l’écoulement synoptique representé par les circulations de méso-échelle notamment les effets de brises.
C’est le phénomène prépondérant dans le sud-est de la France durant la période estivale et par le biais du réseau de mesure,on peut connaître l’importance et l’extention de la brise. Plusieurs points intéressants apparaissent sur les figures 9 10 11 et 12 . Le premier est que l’on peut voir un décalage temporel dans l’établissement de la brise aux diverses stations. Les Mourets (Commune de Marseille) est la premiere station à etre concerné par la brise puisqu’elle s’établit des 7h30UTC et se situant près de la côte tandis que sur les autres stations, elle apparait une heure plus tard vers 8h30UTC. Cela met en évidence le phénomène de circulation ( par effet du terme solenoïdal) entre le milieu le plus froid et le milieu le plus chaud. En fin de journée, lorsque la température décroit, la brise tend à disparaitre (figure 9 et 11, diminution rapide de la vitesse ) toutefois, la tendance s’inverse en cours de nuit puisque le vent se met à souffler de la terre vers la mer car le continent se refroidit plus vite que la mer, les vitesses restent neanmmoins largement inférieures aux vitesses diurnes. On peut remarquer ce phénomène sur la figure 11 ou durant la période nocturne, le vent n’est pas nul à la station de Besse sur Issole. Dans le cas des directions, elles sont généralement perpendiculaires à la côte mais le relief vient modifier cet écoulement. Si on analyse la carte (fourni en annexe) et le positionnement des stations, les postes devraient avoir des directions de secteur sud or il apparait que les directions oscillent entre la composante sud et sud-ouest (figure 10 et 12) avec une dominance du secteur sud-ouest. Et le modèle (figure 13) modèlise parfaitement la direction et l’intensité de la brise puisque cela corrobore les observations aux divers points de mesures. En effet, il montre des vents de secteurs sud-ouest sur la commune de Marseille, sud sud-ouest sur l’est des Bouches du Rhône et l’ouest varois. Des vents plus faibles lorsqu’on se dirige vers le nord.
Les observations à la Roque d’Anthéron montre un vent relativement instable, d’une part, comme nous l’avons abordé plus haut, par le positionnement du capteur mais dans le cas de la brise, la station se situe à un point critique, domaine d’extention maximale de la brise marine ou celle-celle-ci n’est plus assez intense (figure 13 et 11, analyse du modèle et observation) pour generer une composante dominante et d’autres effets locaux viennent se superposer.
Enfin, le dernier épisode est le regime de secteur est qui se produit lorsqu’une dépression se creuse en méditerrannée (figure 2) . Ce type de temps dure plusieurs jours et il est généralement associé à des précipitations soutenues dans le sud-est. Il est également associé à des vents forts mais dont la direction peut varier suivant le positionnement latitudinale de la dépression. Tout comme les deux cas précédents, on note des oscillations rapides sur la vitesses du vent (figure 14 et 17) mais c’est sur la direction (figure 15 et 18) que ces variations sont très importantes. Cela pourrait être en partie expliquer par la presence d’un relief plus présent dans la partie est de la région. En effet, la région pourrait se diviser en deux, à l’ouest, on retrouve les bas reliefs du au fait de la vallée du Rhône et dont nous avons étudier son action sur l’écoulement de l’air et la partie est, des reliefs plus importants et ainsi on note sur les figures 15 et 18 une difference entre les stations se situant à l’est dans une zone ou les reliefs sont plus importants (Besse sur Issole, Aubagne) ou l’on voit de nettes variations dans la direction. Lorsqu’on analyse les sorties du modèle, on note que pour la journée du 1 et du 2 (figure 19 et 20) , la direction du vent est conforme aux observations de même pour la vitesse puisque l’on note un faiblissement durant la journée du 2 que l’on retrouve sur l’analyse du modèle. On observe, sur la figure 19, un changement de direction du vent dans la vallée du Rhône ou celui-ci de vient de secteur sud, cela est du au relief et pourrait-être le phénomène inverse au mistral mais du fait que la partie sud de la vallée du Rhône est plus large que la partie nord, l’acceleration du vent n’est pas la même qu’en épisode de mistral, cela engendrant un vent moins cahotique dans la région de Lyon (se situant au nord de la Vallée du Rhône). Toutefois, cette variation dans la composante du vent ne se retrouve pas (figure 21 et 22) lorsque le vent prend une composante est comme durant la journée du 3 et 4. Une des raisons possibles est la présence des massifs alpins à l’est .
Dans l’ensemble des cas, le modèle ne fait pas apparaitre les fluctuations rapides que l’on observe. Cela peut avoir plusieurs raisons. La premiere tient au fait que nous avons pris les analyses de 12hUTC donc des données très ponctuelles dans le temps. Le second problème est directement lié au modèle, d’une part, la résolution temporelle qui est de 3heures alors que les stations permettent de faire des mesures en continues et d’autres part lié à la physique du modèle dans lequel il y a une paramétrisation de la turbulence. On fait intervenir des théories (théories en K pour les plus connues) permettant de résoudre les problèmes liés à la turbulence. Dans le cas des stations, nous avons calculé pour chaque situation les coefficients de correlation entre les stations dont les résultats ont été présenté dans les tableaux 1 et 2. Dans le cas du régime de mistral et des brises marines, les directions ne sont pas correlées puisque les coefficients sont proches de 0, il y a alors indépendance entre les stations. Par contre, dans le régime de brise, il y a une très bonne correlation entre les stations d’Aubagne et de Besse sur Issole et de Aubagne et la Roques mais correlation faible entre les Mourets et Peypin. La cause des ces faibles valeurs peut-etre du soit à un positionnement des stations. Ces dernières ne peuvent être installées aux normes préconisées par l’Organisation Méteorologique Mondiale (OMM) car très difficile à réaliser donc, malgré l’éffort nécessaire pour avoir une mesure fiable, l’environnement peut jouer un rôle non négligeable sur la qualité de la mesure comme nous avons pu le voir avec la station de la Roques d’Anthéron.
Le deuxième point peut-être d’ordre métrologique, ce type de matériel peut ne pas être adapté pour l’étude de la couche limite atmosphérique.

IV Annexe 1

Carte géographique de la région PACA Nous présentons la carte géographique de la région Provence Alpes Côte d’Azur avec le postionnement des points de mesure reperé en violet sur la carte. Le trait épais au milieu de la carte traversant le département du Vaucluse et des Bouches du Rhône represente le fleuve Rhône. Le Rhône est bordé à l’ouest par le massif central avec des reliefs peu élevés de l’ordre de 1200m tandis qu’a l’est, le massif alpin avec des altitudes supérieures à 2000m. Les départements plus au sud, proche de la Méditerrannée ont des reliefs moins important mais atteignent 700 à 1000m pour les plus importants.

Fig 23 Carte géographique du sud-est de la France avec le positionnement des stations

An Introduction to boundary Meteorology : R. Stull Université du Wisconsin
Les bases de la meteorologie dynamique: G. De Moor Edition Météo-France