[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le LEGI
Titre du projet

Aérologie des zones à risques en terrain complexe
Type d'aléa
 Projets transversaux, communs à plusieurs risques
Année

1993
Mots-clés
 Aérologie - Reliefs montagneux - Ecoulements canalisés - Vents thermiques - Simulation numérique
Champs disciplinaires
 Météorologie, mécanique des fluides, thermodynamique


1) Organismes et auteurs

Organisme pilote
 LEGI
Organisme(s) associé(s)
 Cemagref Nivologie
Coordonnateur
 J.P. CHOLLET
Participants
 M. NAAIM


2) Contexte du projet

Site(s) d'étude
Plaine et col de Pellafol (vallée du Drac) et vallée de la Souloise
Contexte de l'étude
 Les vents dominants jouent un rôle majeur dans les problèmes de transport de neige (congère, avalanche…) ainsi que dans les déplacements, dispersion et dépôt de pollution. Les reliefs montagneux conditionnent fortement les écoulements atmosphériques d’une part par canalisation entre les parois que constituent ces reliefs, d’autre part par le développement de courants thermiques dus aux évolutions d’ensoleillement au cours de la journée.

Les équipes du LEGI et du Cemagref combinent leurs efforts pour l’étude de tels écoulements associant le développement d’outils de simulations numériques à des observations in-situ.
Programme plus vaste
 Programme de recherche Cemagref / LEGI
Initiation du projet
 Participation du PGRN
Montant du financement (k€)
 7,622 k€ (50 kF)
Part du CG38 - PGRN
 ~ 20-25 %
(Co)-Financements
  
Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN
 Petit financement ("coup de pouce")


3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs
 Développer des outils numériques pour la simulation des écoulements atmosphériques sous l’influence des reliefs montagneux.
Méthodologie
 1) Développement de deux types de modélisation complémentaires :
- Modèle écrit au Cemagref privilégiant une représentation spatiale en maillage non structuré ;

- Modélisation développée au LEGI en utilisant le code ARPS (université d’Oklahoma).

2) Application de la modélisation au site de Pellafol :
a) Analyse statistique des vents dans la plaine de Pellafol (données issues d’une centrale de mesure installée et exploitée pendant 4 hivers successifs) ;

b) Campagne de mesures anémométriques pour dresser la distribution des vents au sol dans un plus grand secteur (donnée d’une centrale située au col de Pellafol) ;

c) Analyse des mesures des enregistrements du 22-23 oct. 1993 au col de Pellafol (une mesure moyennée toutes les minutes) : calcul du module moyen et de la direction moyenne du vent synoptique (NNW) et cartographie des vents ;

d) Simulation numérique du vent basé sur les équations de Navier-Stokes compressibles. En lui intégrant un MNT et sa rugosité associée, il permet de définir le champs de vent sur la zone souhaitée pour des conditions de vent synoptique connues (zone d’étude comprise dans un carré de 20?20 km centré sur la plaine de Pellafol).

- Etape test du modèle : consiste à reproduire par le modèle numérique le champ de vent mesuré aux différents points de mesures. Un vent synoptique NW a ainsi été imposé comme condition à la limite amont et une simulation a été réalisée afin de montrer que le modèle numérique reproduit assez bien les observations de terrain malgré le manque d’informations précises sur le vent synoptique imposé (utilisation de conditions de forçage approximatives).

- Etape d’exploitation : une fois testé, le modèle est utilisé comme soufflerie aérodynamique dans laquelle on impose comme condition à la limite le vent souhaité et le modèle numérique permet de déterminer le vent sur l’ensemble du domaine. On impose ainsi les différents vents susceptibles de constituer un risque de formation de congères. Dans le cas de Pellafol, les simulations sont faites en imposant une condition à la limite (entrée du domaine) un vent (N, W, S E, NW) de module 8 m/s à 10 m, qui correspond à des épisodes de vent d’importants volumes de neige.
Résultats
 Les premiers résultats sont encourageants dans le sens où ils montrent que l’outil numérique apporte des informations détaillées quant à la distribution de champs de vent dans les vallées :

1) Développement de deux types de modélisation complémentaires :
Par vent NW sur une schématisation du site de la vallée de Pellafol avec le modèle du Cemagref, les écoulements calculés tendent à s’organiser autour d’un état quasi stationnaire de manière tout à fait réaliste et sous l’influence majeure du relief.

Pour le modèle du LEGI, des essais de configuration de vallée sur la génération de vents thermiques montrent la reproduction d’une bonne phénoménologie : développements spontanés de courants anabatiques et catabatiques, destruction progressive d’une couche nocturne d’inversion par suite du réchauffement par radiation solaire, transport de traceurs par le champ d’écoulement.

2) Application de la modélisation au site de Pellafol :
a) Les vents au sol les plus fréquents sont essentiellement de direction NW. Les deux couloirs topographiques constituent près de 70% des vents forts enregistrés dans la vallée de Pellafol.

b) Les vents N et NW sont prédominants au col de Pellafol (plus de 50% des vents observés).

c) Le module des vents synoptiques atteint 10 m/s. Les valeurs obtenues ainsi que les directions moyennes permettent de comparer aux résultats du modèle numérique.

d) Par vent synoptique Nord, le vent au sol est assez fort dans la vallée de la Souloise qui constitue une véritable canalisation N-S. Par ailleurs, la modélisation montre l’existence d’une zone de ralentissement du vent dans la vallée du Drac au NW du barrage du Sautet. Si ce phénomène est confirmé (mesures) ceci se traduira par l’existence de fort cisaillements horizontaux à l’entrée et à la sortie de cette zone.
Par vent synoptique NW, le modèle numérique est fiable.



4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels
 Chercheurs Cemagref, LEGI (météorologie, nivologie)
Production scientifique
 - Méthodologie innovante
- Production de connaissances locales / régionales
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles
Produits délivrables
  
Partenariats
 - Préexistant
- Qui se poursuit
Retombées du projet

L’emboîtement dans les méso échelles (plus grandes) a été poursuivi dans le cadre d’un un financement Contrat de Plan Etat-Région Rhône-Alpes avec Météo-France. D’autre part la suite de l’étude devait concerner une amélioration de la modélisation de la condition limite constituée par le sol…

Le Cemagref continue à travailler là-dessus : cf. projets Col du Lac Blanc + aérologie


5) Valorisation du projet

Publications et communications
 Valorisation : journée « vent & relief » du 2 juin 1994 au Cemagref de Grenoble organisée par le Pôle et Météo-France, qui a réuni une trentaine de personnes (10 exposés présentés par des membres de Météo-France, du Cemagref, du LEGI et du CSTB).
Pages Web
  

 
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