Nous avons donc vu que le nuage se trouve confin´e entre 20 et 40 km. La limite inf´erieure `a 20 km cor- respond bien `a la fronti`ere sursaturation/sous-saturation, confirmant le caract`ere non pr´ecipitant du nuage. Toute particule de glace quittant le nuage soit par s´edimentation soit par m´elange turbulent est condamn´ee `a disparaˆıtre en laissant sublimer sa gangue de glace et en lib´erant son noyau. En bref, la vitesse de la sublimation relative `a celle des processus de transport rend toute pr´ecipitation impossible. Concernant la limite sup´erieure, elle sera d´etermin´ee par la comp´etition entre diffusion turbulente et s´edimentation (elle-mˆeme d´ependante du rayon moyen des particules).
Sur la Figure 3.10, nous avons report´e l’´evolution des profils verticaux des diff´erentes esp`eces mod´elis´ees au cours de la simulation, les sorties sont celles obtenues pour 8 h du matin. Si l’on s’attarde sur les profils de poussi`eres, on se rend compte de l’effet de confinement subi par ces particules. Cet effet s’accentue au fur et `a mesure de la simulation tel que le plafond de la brume de poussi`ere s’´etablit vers 30 km `a 8 h et vers 35 km `a 20 h alors qu’il se trouvait `a pr`es de 40 km au d´ebut de la simulation (Figure 3.10). Bien que le nuage soit partiellement actif sur une journ´ee, il imprime un effet permanent sur la distribution en altitude de l’eau, le fort gradient du profil vertical de l’eau est maintenu mˆeme lorsque le nuage est absent. En effet, vers 20 h, les profils verticaux de vapeur d’eau et d’eau totale (glace et vapeur) sont confondus, tandis qu’`a 8 h, la diff´erence entre les deux refl`ete simplement la pr´esence de glace atmosph´erique entre 20 et 40 km (avec un pic de rapport de masse d’environ 20 ppm vers 25 km correspondant au pic d’extinction du nuage, cf. Figure 3.7).
D`es le premier jour de la simulation, la masse de glace form´ee est `a son maximum. Ce r´esultat est une cons´equence des conditions initiales qui supposent un rapport de m´elange constant de vapeur d’eau dans toute
Figure 3.8 : Distributions en taille de la poussi`ere, des cristaux et de leurs noyaux `a 25 km (graphe de gauche) et 27 km (graphe de droite). Sorties `a 8 h du matin.
Figure 3.9 : Distributions num´eriques en altitude et en taille des cristaux (`a gauche) et des poussi`eres (`a droite) `
a plusieurs heures du jour, les contours sont exprim´es en log10(rdN/dr).
la colonne. Cet ´etat initial de l’eau n’est pas `a l’´equilibre d’un point de vue microphysique, et notamment du point de vue de la s´edimentation. Ainsi, une grande partie de l’eau en sursaturation est advect´ee le jour mˆeme
2. SIMULATION DE R ´EF ´ERENCE
Figure 3.10 : Les rapports de masse sont donn´es en ppm. Evolution des sorties du mod`ele `a 8 h au cours de la simulation (au 1er, 5eme, 10eme et 25eme jour). Le graphique sup´erieur gauche reporte le profil vertical d’eau
(vapeur et glace), celui de droite n’inclut pas la glace. On voit que l’eau (au sens large) est rapidement confin´ee sous l’hygropause. Le profil d’eau glace et vapeur au premier jour indique une zone de tr`es fort enrichissement entre 15 et 22 km mais bien moins marqu´e sur le profil vapeur. Cette glace va sublimer dans l’apr`es-midi du premier jour. La vapeur relˆach´ee sera par la suite transf´er´ee dans la partie inf´erieure du profil ; c’est le m´ecanisme du confinement de l’eau. Les graphes inf´erieurs donnent l’´evolution des concentrations de cristaux de glace (`a gauche) et de poussi`eres.
sous l’hygropause `a l’´etat de glace. En sublimant, cette quantit´e de glace g´en`ere un confinement important et tr`es localis´e (pr`es de l’hygropause) de la vapeur d’eau. Le fort gradient r´esultant va ˆetre progressivement relax´e par la diffusion turbulente qui transf`ere en le diluant l’exc´edent de vapeur vers la surface. Ce m´ecanisme explique l’accroissement progressif en vapeur d’eau que l’on peut observer entre la surface et 12 km (cf. Figure 3.10, graphes du haut).
Ce type de confinement peut-il amplifier les ´echanges de vapeur d’eau entre le r´egolite et l’atmosph`ere, comme l’a sugg´er´e Kahn [1990] ? L’hypoth`ese avanc´ee par Kahn [1990] s’int´eresse sp´ecifiquement `a l’automne de l’h´emisph`ere Nord o`u des nuages sont pr´esents aux moyennes latitudes. Le confinement de vapeur d’eau
associ´e `a cette couverture nuageuse pourrait engendrer un surcroˆıt de stockage de vapeur d’eau par le r´egolite, surcroˆıt qui serait ensuite relˆach´e au printemps. Cette hypoth`ese ´etait avanc´ee pour expliquer l’augmentation en vapeur d’eau observ´ee `a ces latitudes au printemps, anticipant la sublimation de la calotte permanente Nord vers la fin de la saison. Un tel probl`eme ne trouverait de r´eponse qu’avec un MCG incluant l’adsorption par le r´egolite. De tels mod`eles existent [Houben et al., 1997; Richardson et Wilson, 2002b], mais montrent avant tout la difficult´e pour repr´esenter les ´echanges subsurface/atmosph`ere sans pouvoir tirer de conclusions d´efinitives sur leur rˆole dans le cycle de l’eau.
Le m´ecanisme de formation et d’´evolution du nuage se dessine donc. Deux conditions sont `a remplir simul- tan´ement : `a une altitude donn´ee, la saturation doit franchir un seuil impos´e par le coefficient de mouillabilit´e m pour d´eclencher la nucl´eation des poussi`eres qui, elles, doivent ˆetre pr´esentes au mˆeme moment. Ces condi- tions, combin´ees au confinement vertical des noyaux, expliquent que la r´egion surplombant le nuage, c’est `a dire au-dessus de 35 km dans notre cas o`u la poussi`ere est quasi-inexistante, ´evolue ind´ependemment du reste de la colonne. De fait, celle-ci rencontre (dans notre mod`ele. . . ) des rapports de saturation proches de 1.8 entre 4 h et 8 h du matin. Ce r´esultat refl`ete-t’il pour autant la r´ealit´e ? Il est fort probable que celui-ci soit seulement une cons´equence des conditions aux limites employ´ees, `a savoir aucun apport de mati`ere en bordure lat´erale ou sup´erieure du mod`ele.
3
Sensibilit´e du mod`ele
Cette premi`ere simulation a permis de mieux saisir comment agissent les processus impliqu´es dans la for- mation du nuage. A travers l’´etude qui suit, nous allons nous concentrer sur la sensibilit´e du mod`ele `a quelques param`etres afin de quantifier leur rˆole dans la formation et l’´evolution du nuage. Bien qu’une telle ´etude ait d´ej`a ´et´e abord´ee par M93, nous tenterons de discerner plus en d´etail les causes de sensibilit´e. De plus, nous ´elargirons cette ´etude `a d’autres param`etres qui n’apparaissent pas dans M93.