Fermeture du bilan

Les figures (3.16 et 3.17) montrent la fermeture du bilan d’´energie chaque ann´ee sur les sites ´

etudi´es `a partir des donn´ees au pas de temps de 30 min. En moyenne, le coefficient de d´ etermina-tion r<sup>2</sup> est de 0,92 (resp. 0,81) `a Nalohou (resp. Bellefoungou), ce qui indique que plus de 80% de la variabilit´e des flux turbulents (H + LE) observ´es peut ˆetre expliqu´ee par l’´energie disponible (R_n− G ou R_n− G − ∆S selon le site). A Bellefoungou, les nuages de corr´elation sont plus bruit´es. La dispersion autour de la droite de r´egression obtenue sur le site de forˆet est li´ee `a la forte varia-bilit´e inter et intra-journali`ere des termes du bilan d’´energie sur ce site. Les pentes de la droite de r´egression lin´eaire obtenues `a Nalohou varient de 0,74 en 2007 `a 0,85 en 2010, avec une ordonn´ee `a l’origine de 14 `a 27 W.m⁻² ce qui indique une sous-estimation de (H + LE) par rapport `a (Rn−G). Celles obtenues `a Bellefoungou varient moins entre 0,87 et 0,89 pour une ordonn´ee `a l’origine de 32 `

a 54 W.m⁻². La sous-estimation des flux turbulents observ´ee `a Nalohou et `a Bellefoungou n’est pas expliqu´ee par le stockage d’´energie dans le couvert (∆S). En effet, il est n´egligeable sur le site de la jach`ere [Wilson et al., 2002a] et pris en compte sur le site de forˆet. Les taux de non fermeture du bilan peuvent ˆetre dˆus soit `a une sous-estimation des flux turbulents, soit `a une sur-estimation de l’´energie disponible.

La non fermeture du bilan est tr`es souvent constat´ee [Foken et al., 2011]. La sous-estimation des flux turbulents est d’ailleurs une caract´eristique classique de la technique d’eddy covariance [Au-binet et al., 2001]. Toutefois, elle n’indique pas n´ecessairement que des erreurs soient uniquement localis´ees dans les mesures d’eddy covariance. Dans le cas pr´esent, une fermeture compl`ete s’observe durant les demi-heures o`u les flux sont faibles, typiquement durant les p´eriodes nocturnes. Cela indique que les mesures du rayonnement net et celles du flux de chaleur dans le sol sont estim´ees avec une bonne coh´erence. La bonne qualit´e de ces mesures (Rn et G) a d´ej`a ´et´e bien document´ee sur notre site [Guyot et al., 2009]. Ces variables sont g´en´eralement bien estim´ees [Liebethal et al., 2005 ; Kohsiek et al., 2006]. Si le bilan est ferm´e la nuit et non le jour, cela voudrait dire que tous les m´ecanismes du transport d’´energie qui entrent en jeu ne sont pas correctement pris en compte. [Foken et al., 2011] indiquent que les m´ecanismes dont les ´evaluations posent d’´enormes difficult´es sont les transports d’´energie dans les circulations de basse fr´equence (grand tourbillon de plusieurs centaines de m`etres de diam`etre). En effet, pour des conditions convectives, ces au-teurs ont identifi´e plusieurs processus responsables du transport vertical des circulations de basses fr´equences telles que le d´eplacement des cellules convectives, les structures coh´erentes dans le bilan d’´energie caus´ees par le passage des nuages. Cette hypoth`ese a ´et´e renforc´ee par des simulations des grands tourbillons sur des terrains homog`enes et h´et´erog`enes [Kanda et al., 2004 ; Inagaki et al., 2006 ; Steinfeld et al., 2007]. Tous les auteurs cit´es pr´ec´edemment ont montr´e que ces circulations secondaires affectent de mani`ere importante les mesures d’eddy covariance et peuvent contribuer `a la non fermeture du bilan d’´energie. De fa¸con sp´ecifique, [Lothon et al., 2008] ont montr´e en zone soudanienne que les intrusions des masses d’air dans la couche limite atmosph´ e-rique pourraient avoir un lien avec la non fermeture du bilan d’´energie.

Le probl`eme de la non fermeture du bilan d’´energie continue d’ˆetre une pr´eoccupation pour la communaut´e des micro-m´et´eorologues. Ce probl`eme n’est pas uniquement li´e `a l’h´et´erog´en´eit´e des sites. Parfois, les hypoth`eses avanc´ees pour justifier celle-ci divergent selon les auteurs. Cette ´etude n’a pas la pr´etention d’aborder les raisons de la non fermeture du bilan d’´energie sur les sites. Toutefois, ce crit`ere est utilis´e pour v´erifier la coh´erence et la justesse des mesures effectu´ees par les diff´erents capteurs.

Les taux de fermeture obtenus sont comparables `a ceux que l’on rencontre g´en´eralement dans la litt´erature [Aubinet et al., 2001 ; Wilson et al., 2002b ; Foken, 2008]. Les ´etudes effectu´ees sur les autres sites AMMA – CATCH ont conduit `a estimer un terme r´esiduel moyen (LE +H +G−Rn) de -3,6 W m⁻² au Niger sur une jach`ere [Ramier et al., 2009] et un taux de fermeture de 87% `a partir des donn´ees journali`eres sur une savane au Mali [Timouk et al., 2009].

Plus au sud dans des conditions climatiques plus humides, [Mauder et al., 2006] dans le cadre du programme NIMEX au Nig´eria ont ´etudi´e les variations du bilan d’´energie en surface pendant trois jours sur un sol nu en f´evrier. Les auteurs ont obtenu une fermeture de 95% avec un r² de 0,97. Cependant, leur p´eriode d’´etude est tr`es courte et ne peut ˆetre directement compar´ee `a nos r´esultats. De plus le site ne pr´esente aucune h´et´erog´en´eit´e [Mauder et al., 2006]. Les ´etudes de [Br¨ummer et al., 2008] au Burkina-Faso effectu´ees sur deux ann´ees cons´ecutives dans des conditions climatiques proches de celles de la r´egion de Djougou, ont conduit `a l’obtention d’un taux de 76% avec un r<sup>2</sup> de 0,85. Les r´esultats de fermeture du bilan pr´esent´es ici sont relativement meilleurs que ceux des sites du Burkina-Faso. Nous pouvons raisonnablement dire que la pr´ecision dans les diff´erentes variables mesur´ees sur nos deux sites est satisfaisante pour les mesures d’eddy covariance. Elles pourraient sans doute ˆetre am´elior´ees sur le site de Bellefoungou si les mesures de R<sub>n</sub> ´etaient faites au-dessus de la canop´ee. Un capteur du rayonnement a ´et´e mis en place suite `

3.4. Analyse de la fermeture du bilan d’´energie

a) b)

c) d)

Figure 3.16 – Fermeture du bilan d’´<sup>energie respectivement `a Nalohou en : (a) 2007 , (b) 2008 , (c) 2009</sup> et (d) 2010. Les diff´erents coefficients des droites de r´egression ont ´et´e calcul´es pour un intervalle de confiance ´egal `a 95%.

b)

c) d)

Figure 3.17 – Fermeture du bilan d’´<sup>energie `a Bellounfougou en (b) 2008 , (c) 2009 et (d) 2010. Les diff´erents</sup> coefficients des droites de r´egression ont ´et´e calcul´es pour un intervalle de confiance ´egal `a 95%.