Sujet de thèse 2009-2012

ED 173 - SDU2E
Proposition de Sujet de thèse 2016
(1 page recto maximum)
Nom du laboratoire (et n° de l’unité) dans lequel se déroulera la thèse :
CNRM, UMR 3589
Titre du sujet proposé :
Prévision couplée océan-atmosphère des épisodes méditerranéens : Impact d'une
meilleure prise en compte des débits des fleuves et de l’état de mer
Financement :
 acquis (Météo-France)
 mis au concours (contrat doctoral ministériel)
 candidature auprès d’un organisme (Région Languedoc-Roussillon-Midi
Pyrénées)
Spécialités de l’école doctorale : (cocher une seule spécialité sans la modifier)
 Astrophysique, Sciences de l’Espace, Planétologie
 Climat, Océan, Atmosphère, Surfaces Continentales
 Ecologie Fonctionnelle
 Hydrologie, Hydrochimie, Sol, Environnement
 Sciences de la Terre et des Planètes solides
Nom et statut (PR, DR, MCf, CR, …) du (des) responsable(s) de thèse (préciser si HDR) :
Dr Cindy Lebeaupin Brossier (CR CNRS), Dr Marie-Noëlle Bouin (IPEF Météo-France,
HDR), Dr Véronique Ducrocq (IPEF Météo-France, HDR)
Coordonnées (téléphone et e-mail) du (des) responsable(s) de thèse :
[email protected] 05 61 07 90 39, [email protected] 05 61 07
96 02
Résumé du sujet de la thèse :
La région méditerranéenne est régulièrement touchée par des épisodes de fortes
précipitations avec des cumuls de pluie supérieurs à 150mm en 24h, parfois à l'origine de
crues rapides dévastatrices. Le fort vent marin souvent associé à ces épisodes intenses
amplifie l'évaporation de la mer Méditerranée et transporte l'humidité vers les côtes
alimentant les systèmes précipitants. Le vent fort perturbe également la circulation
océanique superficielle en zone côtière et peut provoquer une surcote qui s'oppose alors à
l'écoulement des rivières. Par exemple, en décembre 2003, un épisode majeur de
précipitation a affecté le Sud de la France provoquant des inondations historiques. Le fort
vent de Sud/Sud-Est (100 à 150km/h en rafales) ainsi que les vagues (jusqu'à 8m) et la
surcote (~0.8m) ont perturbé l'écoulement du Rhône, dont le débit a atteint la valeur
historique de 13000m3/s.
Cette thèse s’inscrit dans le programme MISTRALS/HyMeX (www.hymex.org) qui étudie
le cycle hydrologique de la Méditerranée. HyMeX vise à mieux identifier et décrire les
interactions entre les trois compartiments (atmosphère, océan et hydrologie continentale)
autour du bassin et à mieux comprendre les évènements intenses associés au cycle de l'eau
afin d'améliorer leur prévision. Le CNRM met en place des systèmes de modélisation
couplée à fine échelle pour mieux comprendre les interactions et processus couplés, et leurs
rôles pendant les évènements fortement précipitants (Lebeaupin Brossier, 2007 ; Vincendon,
2010). Actuellement, la modélisation couplée océan-atmosphère à résolution kilométrique
s'articule autour du modèle de prévision du temps AROME (Seity et al., 2011) et du modèle
océanique NEMO (Madec, 2008), dans des configurations couvrant la Méditerranée
Occidentale (WMED) à des résolutions horizontales de ~2.5km (Fourrié et al., 2015 ;
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Lebeaupin Brossier et al., 2014). Dans ce système, l’effet des vagues n’est pas pris en
compte et le débit des fleuves et le ruissellement côtier sont imposés au compartiment
océanique sous la forme d'un flux d'eau douce à la surface, à partir d'une climatologie
mensuelle de débits (Beuvier et al., 2010).
Les objectifs de la thèse sont :
i. l’amélioration des débits des fleuves et le ruissellement côtier pris en compte pour forcer
le système couplé océan-atmosphère AROME-NEMO WMED. La méthodologie
envisagée comprend le recueil et l’analyse d'observations de débits des fleuves et du
ruissellement côtier, notamment les observations des SPC et les données du SCHAPI, les
données de la Compagnie du Rhône ou du SAIH1 Ebro, en particulier pour la période
couvrant la campagne de mesure HyMeX (SOP1) à l'automne 2012, ainsi que pour les
épisodes fortement précipitants de l’automne 2014. Les débits à haute-fréquence issus
d'observations, d'analyses ou de prévisions hydro-météorologiques (comme par exemple
les débits prévus par le système SAFRAN-ISBA-MODCOU [SIM]) et une description
verticale de l’écoulement fluviale seront ensuite utilisés pour contraindre la composante
océanique afin de mieux décrire les exports d'eau douce et les panaches des principaux
fleuves du domaine. Les impacts sur la stratification océanique locale, la turbulence au
sein du panache et à ses bords, les courants superficiels près de l'embouchure,
notamment dans le cas d'apports intenses et soudains d'eau douce liés aux crues
rapides, seront particulièrement regardés. Un indicateur de risque lié à la contribution des
courants océaniques et de la sur-élévation côtière de la surface marine sur l'amplification
des crues rapides pourra éventuellement être mis au point.
ii. l’estimation et la représentation des effets de l’état de mer sur les flux turbulents à
l’interface air-mer. Dans un premier temps, un calcul de la rugosité de surface à partie de
la période pic des vagues (Oost et al. 2002) sera pris en compte. Thévenot et al. (2015)
ont montré avec cette méthode une forte modification du stress et du vent en basses
couches en amont d’un système fortement précipitant. Le couplage au modèle de vagues
MFWAM mis en œuvre à Météo-France, avec les modèles AROME et NEMO, sera
ensuite développé. Les interactions océan-vagues/atmosphère/hydrologie continentale
seront analysées sur des cas d’étude. Des bilans d'eau et de chaleur multi-compartiments
pourront notamment être réalisés.
Nature du travail et compétences souhaitées :
Pour mener ce travail, le(a) candidat(e) devra collecter, organiser et analyser des données. Il
(Elle) devra se familiariser avec le modèle couplé AROME-NEMO mis en œuvre au sein de
l’équipe encadrante, y intégrer des développements techniques liés à la représentation des
débits et mettre au point le couplage au modèle de vagues, puis évaluer plusieurs
simulations numériques qu’il (elle) aura réalisées.
La thèse est financée par Météo-France et soumis pour financement à la Région LanguedocRoussillon-Midi-Pyrénées.
Les candidatures doivent parvenir à [email protected]
et
[email protected] avant le 27 avril 2016.
Le dossier de candidature doit comprendre un CV, une lettre de motivation, les relevés de
notes du M1 et M2, la photocopie des diplômes, les coordonnées de deux référents
(encadrants de stage)
Références bibliographiques :
Beuvier, J., F. Sevault, M. Herrmann, H. Kontoyiannis, W. Ludwig , M. Rixen, E. Stanev, K. Béranger, S. Somot,
2010 : Modelling the Mediterranean Sea interannual variability during 1961-2000: Focus on the Eastern
Mediterranean Transient (EMT), J. Geophys. Res., C08517, doi:10.1029/2009JC005850.
Fourrié, N., E. Bresson, M. Nuret, C. Jany, P. Brousseau, A. Doerenbecher, M. Kreitz, O. Nuissier, E. Sevault, H.
Bénichou, M. Amodei, F. Pouponneau, 2015 : AROME-WMED, a real-time mesoscale model designed for
HyMeX Special Observation Periods. Geosci. Model Dev., 8, 1919-1941, doi :10.5194/gmd-8-1919-2015.
Lebeaupin Brossier, C., 2007: Etude du couplage océan-atmosphère associé aux épisodes de pluie intense en
région méditerranéenne. PhD. Thesis, Univ. P. Sabatier, Toulouse.
Lebeaupin Brossier, C., T. Arsouze, K. Béranger, M-N. Bouin, E. Bresson, V. Ducrocq, H. Giordani, M. Nuret, R.
Rainaud, I. Taupier-Letage, 2014: Ocean mixed layer responses to intense meteorological events during
HyMeX-SOP1 from a high-resolution ocean simulation. Ocean Modelling, 84, 84-103.
1
Sistema Automatico de Informacion Hidrologica, www.saihebro.com
ED 173 - SDU2E
Madec , G., 2008: NEMO ocean engine, Note du pole de modélisation, Institut Pierre Simon Laplace (IPSL),
France, N° 27 ISSN N° 1288-1619.
Oost, W. A., G. J. Komen, C. M. K. Jacobs, C. Van Oort, 2002: new evidence for a relation between wind stress
and wave age from measurement during ASGAMAGE. Bound. Lay. Meteorol., 103 (3), 409-438.
Seity, Y., P. Brousseau, S. Malardel, G. Hello, P. Bénard, F. Bouttier, C. Lac, V. Masson, 2011 : The AROMEFrance convective scale operational model. Mon. Wea. Rev., 139, 976-991.
Thévenot, O., M-N. Bouin, V. Ducrocq, C. Lebeaupin Brossier, O. Nuissier, J. Pianezze, F. Duffourg, 2015 :
Influence of the sea state on Mediterranean heavy precipitation: a case study from HyMeX SOP1. Quart. J.
Roy. Meteorol. Soc., doi :10.1002/qj.2660.
Vincendon, B., 2010 : Apport des modèles météorologiques de résolution kilométrique pour la prévision des
crues rapides méditerranéennes : vers une prévision d'ensemble des débits en région Cévennes-Vivarais,
PhD. Thesis, Univ. P. Sabatier, Toulouse.