ANR DiMe – Dimensionnement et Météocéan : modélisation et observations des états de mer extrêmes déferlants pour les EMR

 

Le projet DiMe (2017-2019), porté par France Energies Marines, a pour objectifs d’améliorer la caractérisation des états de mer extrêmes déferlants pour les systèmes EMR, et ainsi de contribuer aux standards de dimensionnement de ces systèmes. Dans ce projet, l’équipe Cyclones du LACy se focalise sur les états de mer liés aux cyclones tropicaux.

La chaleur contenue dans les couches supérieures de l’océan constitue la principale source d’énergie des cyclones tropicaux matures. L’évolution de leur intensité est donc contrainte par le contenu thermique superficiel de l’océan et leurs interactions complexes avec la couche de mélange océanique (CMO). Lors du passage du cyclone, un mélange intense se met en place dans la CMO sous l’effet des vents de surface très forts, et conduit à une diminution importante de la température de surface pouvant atteindre quelques degrés en quelques heures. Cette modification rapide de la température de surface de l’océan se traduit par une diminution des flux de chaleur qui alimentent le cyclone, et peut donc par rétroaction négative diminuer l’intensité du cyclone en le privant d’une partie de l’énergie nécessaire à son maintien. La réponse océanique dépendant principalement des caractéristiques du forçage atmosphérique associé au cyclone (vitesse maximale des vents, vitesse de déplacement du cyclone, structure du champ de vent...) et des caractéristiques de l’océan (stratification, contenu thermique, courants...), l’utilisation de modèles couplés océan-atmosphère est nécessaire pour mieux apprécier le contrôle et la réponse de ces deux milieux à l’activité cyclonique.

Les vagues générées par les cyclones ont également un impact important sur les échanges air-mer et le cycle de vie des systèmes dépressionnaires tropicaux. En effet, le transfert de quantité de mouvement depuis l’atmosphère vers l’océan, générateur de mélange et de courants, se fait en partie via les vagues (mer du vent). De plus, la mer du vent et la houle ont un impact direct sur la rugosité de surface de l’océan, qui influence à son tour, via les flux turbulents de quantité de mouvement et de chaleur, le vent et les transferts de chaleur et d’humidité en basses couches. Enfin, les vagues, via le déferlement, contrôlent la génération d’embruns qui ont un impact important sur les échanges de chaleur océan-atmosphère et représentent la principale source de noyaux de condensation pour les particules constituant le nuage.

Dans le cadre de ce programme, un système couplé océan-vagues-atmosphère a donc été développé et configuré pour l’étude des cyclones tropicaux dans le sud-ouest de l’océan Indien (Voldoire et al., 2017, GMD ; Pianezze et al., 2018, JAMES). Le système se compose du modèle atmosphérique Meso-NH, du modèle océanique CROCO et du modèle de vagues WW3 (Figure 1).

Figure 1 : Schéma de principe du couplage océan-vagues-atmosphère. Les boîtes grises représentent les modèles atmosphérique, océanique, de vagues et le coupleur OASIS. Les boîtes colorées représentent les conditions initiales (CI) et aux limites (CL) pour les 3 modèles. Les échanges entre les différents modèles sont représentés par les flèches noires associées au texte en italique.

 

Ce couplage a été évalué sur le cyclone tropical Bejisa passé à proximité de La Réunion en janvier 2014. La simulation couplée Meso-NH/CROCO/WW3 permet de bien reproduire la localisation et l’évolution du champ de vagues par comparaison avec les bouées situées sur la côte nord de La Réunion, et avec les données satellite. La poche froide a l’arrière du système est bien simulée par le modèle, avec un refroidissement maximum d’environ 2°C qui persiste pendant environ 24h, ainsi que l’oscillation inertielle des courants océaniques à l’arrière du cyclone.

Dans un deuxième temps, on introduit une paramétrisation de l’émission des sels marins qui tient compte de la vitesse du vent à 10 m, la température et la salinité de surface de la mer, et de la hauteur significative des vagues. A partir d’études de sensibilité, on montre qu’il est primordial d’avoir une cohérence spatiale et temporelle de l’état de la mer et du vent à 10 m pour produire des émissions de sels marins bien localisées spatialement et avec une distribution en taille correcte (Pianezze et al., 2018, JAMES).

 

Publication associée :

  • Pianezze, J., C. Barthe, S. Bielli, P. Tulet, S. Jullien, G. Cambon, O. Bousquet, M. Claeys, and E. Cordier, A new coupled ocean-waves-atmosphere model designed for tropical storm studies : example of Tropical Cyclone Bejisa (2013-2014) in the south-west Indian ocean. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 10, doi :10.1002/2017MS001177, 2018.