Pour répondre aux objectifs du programme ESCOMPTE, un effort expérimental conséquent
a été mené pour décrire la dynamique et la chimie de l’atmosphère et constituer une base de
données très détaillée. Cinq périodes d’observation intensive (POI) ont eu lieu lors de forts
épisodes de pollution. Pendant les POI, le dispositif expérimental existant était complété par la
mise en œuvre d’instruments supplémentaires.
Aux moyens expérimentaux spécifiques de la campagne ESCOMPTE se sont ajoutés ceux
du programme CLU ou "Couche Limite Urbaine" (Mestayer et al., 2005). Ce programme
dévo-lue à l’étude de la couche limite urbaine sur Marseille a permis d’installer un réseau dense de
mesures pour appréhender plus finement la dynamique sur la ville.
Cros et al. (2004) et Mestayer et al. (2005) énumèrent et décrivent en détail l’ensemble
du dispositif expérimental de la campagne ESCOMPTE et CLU respectivement. Il comprenait
des instruments de mesures in situ (stations de surface, avions, bateaux, ballons plafonnants et
radiosondages) et des moyens télédétectés (sodars, lidars et profileurs UHF et VHF).
Seuls les instruments, qui ont été utilisés pour la présente étude, sont décrits par la suite. Ils
sont localisables dans la zone côtière du domaine ESCOMPTE et dans l’agglomération
mar-seillaise par des acronymes (cf.Figures 2.3 et 2.4).
2.2.1 Les profileurs de vent
De nombreux profileurs de vent ont été installés durant la campagne ESCOMPTE, dont
1 mini-sodar, 6 sodars, 4 profileurs UHF, 1 radar mini-VHF et 1 profileur VHF. Le principe
de fonctionnement de ces instruments est identique excepté que les sodars émettent une onde
sonore et les profileurs UHF et VHF une onde électromagnétique.
De manière analogue aux radars profileurs de vent, les sodars mesurent en continu dans le
temps des profils verticaux de la constante de structure de la température de l’air (C
T2), les trois
composantes du vent et un paramètre de turbulence (l’écart type de la vitesse verticale).
Le tableau 2.1 présente la liste des profileurs qui ont servi à ce travail, leurs emplacements
(dont l’acronyme permet la localisation sur les figures 2.3 et 2.4) et les laboratoires en charge
de ces instruments. La nature de la surface sur lesquelles ils ont été installés, est également
indiquée dans ce tableau, suivant le découpage urbain, suburbain et rural. La surface est de type
urbain si la zone urbaine est très dense, comme le centre ville de Marseille. Le type suburbain
2.2 La campagne ESCOMPTE 2001
37
F
IG. 2.3:
Carte d’une partie du dispositif expérimental de la campagne ESCOMPTE-2001. Les points noirs indiquent l’emplacement des instruments (dont l’acronyme est annoté à côté), et le carré délimite l’agglomération marseillaise (cf.Figure 2.4 pour le zoom). L’altitude du relief est donnée par l’échelle de gris.F
IG. 2.4:
Carte de l’agglomération marseillaise et d’une partie du dispositif expérimental de la campagne ESCOMPTE-2001 et CLU. Les points noirs indiquent l’emplacement des instruments (dont l’acronyme est an-noté à côté). L’altitude du relief est donnée par l’échelle de gris de la figure 2.3.Site Acronyme Surface Profileur Laboratoire
Marignane Mg suburbain UHF MF
aSaint Chamas SC rural UHF + sodar EDF
b/LA
cObservatoire Ob urbain UHF CNRM
dVallon Dol VD suburbain sodar + RASS AT
eSaint Jérôme SJ urbain sodar ECN
fAix les Milles Ax rural UHF LSEET
g/DH
hT
AB. 2.1:
Liste des profileurs de vent de la campagne ESCOMPTE-2001 utilisés dans le cadre de cette étude. L’altitude, le type de surface (urbain, suburbain et rural) et de profileurs (UHF et sodar) sont donnés pour chacun des sites, ainsi que l’acronyme qui sert à les localiser sur les figures 2.3 et 2.4. Les laboratoires en charge des profileurs sont également indiqués:aMétéo-France,bEléctricité De France,cLaboratoire d’Aérologie,dCentre National de Recherches Météorologiques,eAlliance Technologie,f Ecole Centrale de Nantes,gLaboratoire des Sondages Electromagnétiques de l’Environnement Terrestre, ethDegréane Horizon.correspond à une zone urbaine peu dense, comme une zone résidentielle située en périphérie
de ville. Enfin le type rural correspond à une zone agricole avec éventuellement des habitations
clairsemées. Au total, les données des quatre radars UHF et de trois sodars ont été utilisées.
Les quatre radars UHF de Saint Chamas (SC), Marignane (Mg), Aix-les-Milles (Ax) et
l’Observatoire de Marseille (Ob) sont des profileurs UHF PCL1300, donc identiques à celui de
Viabon qui a été utilisé durant la campagne TRAC-98. Durant l’expérience ESCOMPTE, ils
ont fonctionné alternativement en deux modes avec la même résolution temporelle de 5 min. Le
premier mode a permis de couvrir des hauteurs comprises entre 75 et 2000-2500 m avec une
résolution verticale de 75 m. Le deuxième mode a permis de réaliser des mesures entre 200-300
à 4000-5000 m de hauteur avec une résolution verticale de 375 m.
Les sodars de Saint Jérôme (SJ), Vallon Dol (VD) et Saint Chamas (SC) réalisent des
me-sures entre 0 et 500-600 m de hauteur avec une résolution verticale de 50 m. La résolution
temporelle de ces instruments varie entre 15 et 20 min. Le sodar de VD était couplé à un
sys-tème RASS (Radio Acoustic Sounding Systèm) qui permet de mesurer la température virtuelle
de l’air. Cette technique est basée sur la réflexion d’une onde électomagnétique sur le front
d’onde acoustique (Girard-Ardhuin et al., 2003).
2.2.2 Les moyens aéroportés
Les moyens aéroportés étaient importants durant la campagne ESCOMPTE, puisque cinq
avions et un ULM ont volé à plusieurs reprises au cours des POI. Dans ce travail, seules les
don-nées des avions de recherches ARAT et Dornier seront utilisées, donc seuls ces deux appareils
2.2 La campagne ESCOMPTE 2001
39
sont décrits ci-après.
Le tableau 2.2 présente l’ensemble des paramètres mesurés par chacun de ces deux avions.
Ces appareils mesuraient les composantes moyennes des paramètres dynamiques et
thermody-namiques classiques (pressionp, humiditéq, températureT et les 3 composantes du ventu,v,
w), ainsi que les composantes turbulentesq
0,T
0,u
0,v
0,w
0. Ils réalisaient également des mesures
de rayonnement visible (VIS) et infra-rouge (IR) montant et descendant (haut et bas). Enfin, ils
étaient équipés pour réaliser des mesures de concentration des mêmes composants chimiques, à
l’exception des aérosols et du carbone suieC que seuls l’avion ARAT mesurait, et du dioxyde
de carboneCO
2que seul l’avion Dornier mesurait.
Avions Mesures Paramètres
ARAT Dyn. et Thermodyn. u,v,w,q,T,p,u
0,v
0,w
0,q
0,T
0ARAT Rayonnement VIS et IR haut et bas
ARAT Chimie O
3,N O,N O
2,N O
y,P AN,HN O
3,COV,CO,C,aérosols
Dornier Dyn. et Thermodyn. u,v,w,q,T,p,u
0,v
0,w
0,q
0,T
0Dornier Rayonnement VIS et IR haut et bas
Dornier Chimie O
3,N O,N O
2,N O
y,P AN,HN O
3,CO,CO
2T
AB. 2.2:
Liste des paramètres mesurés par l’avion ARAT et Dornier au cours de la campagne ESCOMPTE-2001. Les laboratoires en charge de l’avion ARAT et Dormier étaient respectivement l’Institut National des Sciences de l’Univers (INSU) et l’Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK).Différents plans de vols ont été réalisés par ces avions au cours de la campagne
ESCOMPTE-2001. Dans ce travail, seuls les vols "exploration" au cours de la POI2 ont été utilisés pour
va-lider les champs de vent tridimensionnels déduits du réseau de profileurs de vent UHF, qui ont
servi à appliquer une méthodologie de trajectographie de particules d’air (cf.chapitre 5).
La figure 2.5 illustre ce type de vols. Ils étaient constitués généralement de 4 paliers (P1
à P4) orientés est-ouest d’environ 100 km de long et de deux sondages verticaux (S1 et S2).
Ces vols, qui duraient environ trois heures, étaient réalisés vers 06:00 et 12:00 TU pour l’avion
ARAT et vers 14:00 TU pour l’avion Dornier. La fréquence d’échantillonnage des mesures est
de 25 Hz (soit une résolution spatiale d’environ 4 m) pour les deux appareils, comme pour
l’avion Merlin IV décrit précédemment.
Par ailleurs, notons que les mesures turbulentes réalisées par ces avions n’ont pas été
utili-sées pour valider la méthodologie de restitution du taux de dissipation et des flux de quantité
de mouvement présentée au chapitre 4. En effet, l’hypothèse d’homogénéité de la turbulence le
long des paliers, nécessaire au calcul des moments turbulents, n’est pas respectée en raison de
F
IG. 2.5:
Exemple de plan de vol exploration de l’avion ARAT durant la campagne ESCOMPTE-2001. Les paliers horizontaux et les sondages verticaux sont notés respectivement P1 à P4 et S1-S2. L’altitude du relief est donnée par l’échelle de gris.la forte hétérogénéité du terrain (cf.Figure 2.5).
2.2.3 Les stations de surface
Le tableau 2.3 présente la liste des stations météorologiques de surface qui ont été utilisées
dans cette étude. Il indique leurs acronymes utilisés sur les figures 2.3 et 2.4, la nature de la
surface (urbain, suburbain et rural comme définis précédemment), le type de mesures effectuées
(paramètres moyens et/ou turbulents) et les laboratoires en charge de ces stations.
Toutes ces stations fournissaient les paramètres thermodynamiques et dynamiques moyens
classiques (pression, humidité, température et composantes du vent). Les stations de
l’Observa-toire (Ob), Saint Chamas (SC), Mât Central (MC), La Crau (LC) et Saint Jérôme (SJ) mesuraient
aussi des paramètres turbulents, permettant d’en déduire par la méthode des covariances les flux
de chaleur sensible, de chaleur latente et de quantité de mouvements. Les termes radiatifs
(vi-sible et infra-rouge, montant et descendant) du bilan d’énergie étaient également mesurés par
ces stations.
2.2 La campagne ESCOMPTE 2001