Doctorant
mail : rcece(AT)univ-ag.fr
Titre du Projet :
Simulation numérique à petites et moyennes échelles des écoulements thermiques générés dans les basses couches atmosphériques tropicales : Application à la zone littorale de la côte au vent de l’île de la Basse-Terre (Guadeloupe).
Direction de thèse
Directeur : Narcisse Zahibo (Pr.)
Co-encadrement : Didier Bernard (Mcf)
Contexte
La modélisation de la couche limite atmosphérique tropicale en présence d’un littoral complexe et pendant des phases de transitions thermodynamiques, jour/nuit, reste à ce jour peu documentée en milieu insulaire. En phase nocturne, lors de l'advection d'une masse d'air chaude marine au dessus d'une surface terrestre plus froide, la masse d'air advectée se refroidit et se stabilise sur une épaisseur appelée couche limite interne (CLI). La stabilité thermodynamique de l'air au sol limite les transferts de quantité de mouvement en provenance des couches supérieures ou le vent est plus fort. Pour certaines nuits, des mesures expérimentales montrent également l'apparition d'un écoulement thermique en direction de la zone maritime. Les températures mesurées dans le cas des zones marines côtières peu profondes et de géométrie particulière, sont généralement plus élevées que celles mesurées au large. Cette différence positive génère une modification des conditions thermodynamiques de la masse d’air arrivant sur le littoral, modifiant ainsi les transferts sols-atmosphère et/ou mer/atmosphère.
Les causes physiques qui expliquent ces phénomènes sont diverses et complexes. Elles répondent à des lois qui transcrites sous la forme de codes numériques doivent permettre aux scientifiques d'appréhender les phénomènes observés, brise de terre et/ou de mer, modification des flux de chaleur sensible et accentuation la pollution atmosphérique.
Le projet décrit ci-dessous a pour objectif, la modélisation et la simulation des écoulements atmosphériques sur un littoral jouxtant une bande marine de faible profondeur. Les situations décrites seront représentatives des évènements de brise de terre et/ou de mer sur la façade au vent de la Basse-Terre. Des campagnes expérimentales précédentes ont montré aussi bien l’existence d’augmentations des flux physiques (quantité de mouvement, chaleur latente, humidité) en milieu de journée que des inversions de ces derniers en période nocturne. Au début de la nuit, l’air quasi neutre et chaud venant des Alizés est rejeté en altitude par de l’air stratifié, refroidi par contact avec un sol plus froid, descendant des reliefs proches vers la zone littorale, par effet de gravité et/ou par effet thermique. Ces caractères particuliers doivent désormais être pris en compte dans des simulations numériques réalistes. Ces nouvelles échelles énergétiques sont à résoudre explicitement avec des méthodes de simulation moderne auxquelles viendront se rajouter les paramétrisations les plus judicieuses.
Description du projet
Le travail proposé comprend deux parties :
Partie expérimentale
Elle consistera à collecter les champs météorologiques classiques (température, vent…) en plusieurs sites de la façade au vent de la Basse-Terre. Des appareils tels que sodar, bouées de mesure, capteurs de température seront utilisés. Les mesures permettront de caractériser les situations thermodynamiques des deux milieux, masse d’air et eaux marines et les relier à «l’état de mer». Des corrélations entre les différents paramètres mesurés doivent permettre de d’accéder aux conditions aux limites des simulations envisagées.
Simulations numériques
Les outils de simulations numériques seront les codes de calcul Méso-NH (Météo France –LA Toulouse) et Thetis (Trefle UMR CNRS 8508 Bordeaux). Le premier code est un code de calcul non hydrostatique anélastique, résolvant les équations de Navier-Stokes pseudo incompressible avec prise en compte des effets de flottabilité. Le second, modèle universitaire de type CFD, dispose des outils et sous-routines nécessaires à la modélisation de turbulence par plusieurs méthodes dont les méthodes LES, à échelles mixtes ou de type Smagorinsky. Il devrait permettre également de rajouter des termes sources aux équations, de programmer des conditions aux limites particulières et rajouter de nouvelles équations. Ces deux codes sont installés sur le calculateur du Centre Commun et de Calcul Intensif de l'université des Antilles et de la Guyane. Les objectifs sont les suivants :
Échéancier
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Période |
Septembre 2010 |
Décembre 2010 |
Mars 2011 |
Août 2011 |
Travaux envisagés |
Travaux bibliographiques |
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Cas tests : Codes Numériques |
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Campagne expérimentale |
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Période |
Septembre 2011 |
Décembre 2011 |
Mars 2012 |
Août 2012 |
Travaux envisagés |
Paramétrisations et simulations |
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Campagne expérimentale |
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Tests des paramétrisations |
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Période |
Septembre 2012 |
Décembre 2012 |
Mars 2013 |
Août 2013 |
Travaux envisagés |
Simulations cas réels |
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Rédaction et soutenance |
Connaissances et compétences requises
Maîtrise des outils numériques de modélisation de la turbulence
Maîtrise de la programmation en Fortran 90
Connaissances en mécanique des Fluides et Turbulence
Connaissances en modélisation statistique de la turbulence
Connaissances des écoulements géophysiques appréciées
Connaissances en traitement de données