[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le LTHE

Titre du projet

Adaptation d'un radar météorologique de configuration légère à la mesure hydrologique et essai dans la vallée du Grésivaudan

Type d'aléa
Crues en rivière et inondations
Années

1989 et 1992

Mots-clés
Hydrologie quantitative - Radar météorologique - Adaptation à l’expérimentation hydrologique - Validation des mesures
Champs disciplinaires
Hydrométéorologie


1) Organismes et auteurs


Organisme pilote
LTHE
Organisme(s) associé(s)
*
Coordonnateurs
J.D. CREUTIN, G. DELRIEU, C BARANCOURT
Participants
 


2) Contexte du projet


Site(s) d'étude
Campus universitaire de Grenoble (radar) et vallée du Grésivaudan (pluviomètres)
Contexte de l'étude
L’équipe Hydrométéorologie du LTHE s’intéressait depuis 1988 aux possibilités des radars météorologiques travaillant en bande X comme complément du réseau radar alors existant en France et dans la plupart des pays d’Europe. L’avantage de cette longueur d’onde est de permettre l’utilisation d’une antenne de dimension réduite et donc de diminuer le poids et le prix de ces radars complémentaires. Son inconvénient majeur est d’être soumis au phénomène d’atténuation par la pluie qui limite sa couverture utilisable de manière sûre à une trentaine de kilomètres.

Le besoin de complémentarité entre ces systèmes découle de la difficulté rencontrée lors de l’implantation des radars d’un réseau pour couvrir à la fois une surface aussi grande que possible pour les besoins de la météorologie générale et les zones hydrologiquement sensibles dont la surface peut être très limitée (cas des grandes agglomérations par exemple) mais qui exigent une couverture propre et de forte résolution. Cette difficulté est très présente en zone de montagne comme l’Isère où le compromis entre surface observée, altitude du faisceau et blocages par le relief est très délicat voire impossible à obtenir.
Programme plus vaste
Expérimentation Grenoble 89-91 (LTHE)
Initiation du projet
Participation du PGRN
Montant du financement (k€)
15,09 k€ (99 kF : 59 + 40 kF)
Part du CG38 - PGRN
43 %
(Co)-Financements
Crédits des Universités de Grenoble = 170 kF + européens : 62 kF
TOTAL : 232 kF
Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN
 Il a permis d’assurer le fonctionnement de l’expérimentation.


3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs
- Adapter le mode de fonctionnement d’un radar bande X prototype aux utilisations hydrologiques ;

- Le tester dans la vallée du Grésivaudan par comparaison de ses mesures avec celles de pluviomètres installés spécialement par EDF.

Méthodologie
1) Acquisition du radar prototype, de caractéristiques sensiblement différentes de celles du radar testé initialement (couplage direct du coffret d’émission/réception à l’antenne pour améliorer la sensibilité du système, meilleure stabilité électrique et hyperfréquence), et installation sur le toit de l’ENSHMG au campus de Saint Martin d’Hères.

2) Modifications informatiques
des logiciels contrôlant les ordinateurs du radar pour l’adapter aux applications hydrologiques, en permettant un fonctionnement du radar synchrone avec la fréquence d’acquisition des pluviomètres ; une exploration systématique d’un secteur choisi à différents sites afin d’obtenir une information sur la structure verticale de l’atmosphère et traiter les problèmes liés au relief ; et un archivage des données radiales, c’est-à-dire dans leur forme primitive, afin de pouvoir notamment corriger l’atténuation.

3) Acquisition d’un ensemble de données lors d’épisodes pluvieux sur une période de 6 mois (environ 50 h d’observations radar de pluies faibles à modérées), parallèlement aux enregistrements de 5 pluviomètres installés par EDF entre 5 et 25 km du radar, mesurant les intensités de précipitation moyennes sur 6 minutes au sol.

4) Analyse des données : contrôle de la stabilité du système, test d’une méthode de correction de l’atténuation tirant parti de la présence du relief, et validation de l’ensemble des résultats acquis par le radar par rapport aux mesures réalisées au sol.
Résultats
1) Contrôle de la stabilité du système :
Mise en évidence de fortes instabilités du système entre des périodes de fonctionnement successives (différences de 5 à 10 dBz après arrêt et remise en route du système) ; retour chez le constructeur pour remplacer certains composants trop sensibles aux variations de température. Stabilité suffisante pour des périodes de fonctionnement continues, pour autoriser l’analyse des données.

2) Correction du phénomène d’atténuation :
Réalisation d’un test de cohérence afin de montrer la faisabilité de la correction de l’atténuation en utilisant le relief comme cible de référence (les fluctuations de la réflectivité apparente du relief sont un indicateur fidèle de l’atténuation totale due à la pluie).

3) Validation des mesures radar :
Comparaison sur hyétogrammes des données radar aux mesures réalisées au sol, après trois niveaux croissants de traitement permettant d’améliorer leur coefficient de corrélation (de 0.74 à 0.88).
Mise en évidence de la fluctuation des écarts sol-radar, reflétant les erreurs de mesures radar, ainsi que la faible représentativité des mesures au sol (ponctuelles) au regard des mesures radar qui intègrent sur un volume d’atmosphère beaucoup plus conséquent.

Résultats de l’expérience :

i) Adaptation d’un radar de configuration légère à l’expérimentation hydrologique ;

ii) Diagnostic des faiblesses du prototype fourni par le constructeur ;

iii) Confirmation que ce type d’appareil une fois fiabilisé peut constituer un outil de mesure des champs de pluie pertinent pour l’hydrologie.



4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels
Chercheurs (LTHE…) et gestionnaires des risques hydrométéorologiques
Production scientifique
- Méthodologie innovante
- Production de connaissances théoriques
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles
Produits délivrables
Radar météorologique
Partenariats
*
Retombées du projet

Installation du radar à Marseille de 1989 à 1995 + Remise en opération dans la région grenobloise afin de constituer un jeu de données permettant l’étude d’un petit BV instrumenté.

Développement d’un nouveau capteur impliqué par la suite dans la campagne AMMA en Afrique de l’Ouest.



5) Valorisation du projet

Publications et communications
- M. Abdul Massih, « Pilotage d’un radar météorologique, acquisition des données et transmission via une ligne série », Rapport LTHE, 61 pages.

- J. Albertin, « Test de cohérence des données de l’expérience Grenoble 91 », Rapport LTHE, 31 pages.

- G. Delrieu, J.D. Creutin et H. Andrieu, « Analysis of various algorithms for correcting attenuation effects”, 2nd Int. Symp. On Hydrological Applications of Weather Radar, Hanovre, septembre 1992.

- Delrieu, G., J. D. Creutin, and I. Saint-André, 1991: Mean K-R relationships: Practical results for typical radar wavelengths. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 8, 467-476. (consultable au Pôle)

- Delrieu, G. and J.-D. Creutin, 1991: Weather radar and urban hydrology : advantages and limitations of X-band light configuration systems. Atmospheric Research, 27, 159-168. (consultable au Pôle)
Pages Web
Pour infos un peu indirectes sur le devenir de ces systèmes radar :
http://www.lthe.hmg.inpg.fr/OHM-CV
http://ltheln21.hmg.inpg.fr/catch/

 

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