au voisinage de la surface
V. Conclusion et présentation du travail
Tel que nous l’avons abordée, cette revue bibliographique permet déjà de mettre en relief les aspects maîtrisés et ceux qui ne le sont pas quant à la modélisation des échanges d’énergie et de masse dans la CLA. D’abord, la caractérisation de la turbulence est un problème qui n’est toujours pas résolu de manière définitive et fiable et les modèles disponibles actuellement pour calculer les coefficients d’échange font intervenir diverses paramétrisations exprimées sous différentes formes. Bien que son application au cas de la CLA sous sa version standard soit compromise du fait des problèmes de la surestimation du champ de l’ECT, le modèle
ε
−
E standard modifié (modification des constantes, introduction de longueurs de mélange
limites, etc.) semble globalement donner une meilleure caractérisation de la turbulence dans la CLA.
Ensuite, la modélisation du bilan d’énergie et du bilan radiatif est à la base de la description des échanges dans la CLS. Le transfert radiatif ne semble pas poser des difficultés majeures et les modèles existants actuellement (par exemple SAIL pour le domaine solaire) permettent par le biais d’équations relativement simples (comparativement à celles de la turbulence) et de peu de paramètres d’entrée (propriétés optiques du sol et de la végétation, structure du couvert, etc.) de donner une représentation assez réaliste des grandeurs simulées (bilans, température de brillance, entre autres). Quant au bilan d’énergie, l’approche multicouches est de loin la plus réaliste puisqu’elle permet de prendre en compte les interactions entre les couches (végétation et surface du sol) et l’atmosphère, mais aussi de tenir compte de leur contraste thermique et hydrique. L’approche monocouche est aussi intéressante à condition d’utiliser une bonne paramétrisation de la turbulence et un jeu de paramètres (sol, végétation) convenables qui permettront de s’affranchir de la non prise en compte des interactions entre les couches.
Enfin, bien que l’analyse des mécanismes climatiques au sein de la CLA soit complexe, il existe actuellement et notamment en France des modèles permettant de donner des tendances raisonnables voire assez réalistes des échanges d’énergie et de masse dans différentes situations. L’intérêt de ces modèles est, cependant, limité par leur lourdeur et le temps de calcul souvent coûteux qu’ils nécessitent. L’utilisateur de ce genre d’outil se trouve souvent partagé entre deux compromis : choisir un outil déjà validé, mais complexe nécessitant divers paramètres d’entrée et coûteux en temps de calcul ou retenir un outil simple, facile à utiliser demandant peu de paramètres et présentant un temps de calcul raisonnable.
Compte tenu de l’objectif de ce travail qui est d’analyser la température de l’air au-dessus du couvert et les flux du bilan d’énergie dans un cas homogène en perspective d’une analyse dans un cas hétérogène en utilisant un outil simple, nous avons retenu le modèle ENVImet. Ce modèle n’ayant jamais fait l’objet de validations antérieures, nous allons comparer certaines de ses sorties à celles d’autres modèles déjà validés, mais aussi à des mesures acquises sur une parcelle homogène de soja. Il est important de rappeler que l’un des principaux atouts de ce modèle est la description de la végétation en plusieurs couches qui permet une représentation fine des cultures. Néanmoins, ce point peut être pénalisant du fait que la distribution foliaire nécessaire en données d’entrés (10 valeurs de LAD) est une information souvent inaccessible (non mesurée). Plus loin, nous traiterons cet aspect d’une manière relativement détaillée.
Notre démarche d’analyse a été la suivante :
• Effectuer d’abord une analyse des conditions d’utilisation de ce modèle ainsi qu’une analyse de sensibilité simplifiée. Par l’analyse des conditions d’utilisation nous chercherons à fixer le choix de certaines données d’entrée telles que la taille de la maille horizontale et la localisation du point dans le domaine simulé et dont les sorties vont être comparées aux mesures. L’analyse de sensibilité consistera à examiner la réponse de quelques sorties du modèle aux variations de quelques données et paramètres d’entrée.
L’objectif ici n’étant pas d’effectuer une analyse de sensibilité détaillée, mais plutôt de voir si le modèle restitue correctement certains comportements largement connus, simulés par d’autres modèles et observés dans la réalité (par exemple, le flux de chaleur sensible est fort quand le sol est sec). Cette étape est d’importance car elle permettra d’avoir une idée sur la cohérence globale du modèle.
• Nous allons ensuite analyser les conditions initiales et les conditions aux limites de la température de l’air. L’humidité de l’air sera également prise en compte dans cette analyse du fait de la disponibilité de données expérimentales pour l’initialiser. Nous nous pencherons aussi sur l’initialisation de la température de surface du sol compte tenu de son rôle dans les flux.
• Le transfert radiatif étant un facteur déterminant dans les flux de surface, il sera étudié en comparant les simulations avec les sorties de modèles de transfert radiatifs déjà validés [le modèle SAIL (Verhoef, 1984) pour le domaine solaire et le modèle de Prévot (1985) pour le domaine thermique].
• La dernière étape de ce travail nous conduira à analyser la turbulence dans la CLA en comparant en particulier les profils verticaux de température et des termes du bilan de l’ECT à ceux du modèle Méso-NH.
Après avoir présenté les systèmes modélisés au sein d’ENVImet ainsi que leurs équations, paramétrisations, paramètres et hypothèses caractéristiques (chapitre 2), nous introduirons les modèles de comparaison ainsi que les données qui nous ont servi à la validation (chapitre 3). L’analyse de sensibilité et celle des conditions d’utilisation du modèle (chapitre 4) nous permettra par la suite d’aborder les conditions initiales et les conditions aux limites (chapitre 5). L’analyse du transfert radiatif (chapitre 6) et de la turbulence (chapitre 7) en comparant aux modèles mentionnés ci-dessus constituera l’ossature de l’évaluation de ce modèle.