Jeu de données constitué par les sorties numériques

Ensemencement des particules

Un important jeu de données a été constitué à partir d’un ensemble d’expériences La-grangiennes réalisées à l’aide d’ARIANE dans le but de déterminer l’existence possible de grandes zones d’accumulations de déchets en Méditerranée. Ce jeu de données est consti-tué de simulations présentant une répartition initiale homogène de particules virtuelles. Cela va à l’encontre des observations de déchets marins flottants réalisées dans le bassin, qui montrent une forte hétérogénéité spatiale et temporelle de leur répartition. En réalité cette distribution dépend non seulement des courants, mais aussi de la localisation et de l’intensité des sources terrestres. Néanmoins, il n’existe actuellement aucun jeu de données suffisamment conséquent pour permettre de décrire fidèlement les flux entrants de déchets en Méditerranée, et les rares observations disponibles ne suffisent pas à dresser une carte de leur répartition en mer. Cette situation empêche donc toute modélisation pertinente du transport des déchets marins à partir de sources réelles de pollution, à moins d’adopter une approche équivalente à celle envisagée par Lebreton et al.[2012] et consistant à construire plusieurs scenarii de lâchers de particules en se basant sur l’estimation indirecte de l’im-portance de certains types de sources.Lebreton et al.[2012] utilisent pour cela des jeux de données rassemblés parHalpern et al.[2008] qui comprennent notamment des informations sur la surface des bassins hydrographiques, la densité de population sur le littoral ainsi que le trafic maritime. Cette méthode aurait éventuellement pu être employée ici, mais n’a pas retenu notre attention en raison de la difficulté de sa mise en œuvre. Nous avons donc préféré utiliser des répartitions initiales homogènes. Même si elles représentent une forte hypothèse de départ, celle-ci n’en reste pas moins valide pour identifier les dynamiques principales d’accumulation et a déjà été utilisée par différents auteurs [e.g.Martinez et al., 2009;Maximenko et al.,2012].

La répartition initiale des particules dans le bassin a été réalisée de la manière suivante. Des particules virtuelles sont distribuées sur une grille régulière de 10 km de maille et sont positionnées à leurs angles, de sorte que chaque angle en accueille une seule, et qu’aucune particule ne soit positionnée sur une arête ou sur un angle d’une maille de température du modèle hydrodynamique. Par la suite, un masque est appliqué à cette répartition afin d’éliminer les particules se trouvant sur la terre. La Méditerranée est alors entièrement

2.3. Modèles de transport Lagrangien 65

recouverte de particules virtuelles représentant les déchets marins et séparées par 10 km de leurs voisines les plus proches (Fig. 2.3). Leur nombre total sur l’ensemble du bassin est de l’ordre de 25.000. Ce nombre permet de réaliser des simulations avec ARIANE de type qualitatif d’une durée de 12 mois, sans avoir à réaliser de découpage par zone des particules en raison de leur trop grand nombre, et tout en couvrant efficacement le bassin Méditerranéen. Chaque simulation présentée ci-dessous adopte cette répartition initiale homogène.

Figure 2.3 – Ensemencement homogène de la Méditerranée en particules virtuelles à l’état initial de chaque simulation large échelle. Zoom sur la partie nord-occidentale du bassin. Chaque particule est symbolisée par un cercle rouge, et distante de ses voisines les plus proches de 10 km. Les cellules de terre du modèle hydrodynamique sont représentées ici en gris foncé.

Protocole adopté

Le protocole qui a permis de générer l’ensemble des expériences Lagrangiennes fait intervenir un total de 3287 simulations différentes. Chaque expérience prise indépendam-ment consiste à simuler durant 12 mois, et avec un pas de temps de un jour, la dérive des particules réparties initialement de façon homogène. Aucune particule n’est rajoutée au cours de la simulation et leurs positions à chaque pas de temps sont sauvegardées afin de pouvoir retracer leurs parcours. Toutes les simulations sont ainsi réalisées dans des condi-tions pratiquement identiques, puisque seule la date de leur initialisation diffère à chaque fois. Ainsi, une première simulation de 12 mois est réalisée à partir du 1^er janvier 2001, et suivie d’une deuxième simulation de même durée débutant le 2 Janvier 2001. On continue de procéder ainsi jusqu’à la date du 31 Décembre 2009 (Fig. 2.4), pour laquelle on effec-tue la dernière simulation. Au final, on obtient un ensemble d’expériences Lagrangiennes s’échelonnant sur une période de 10 ans, et permettant de s’affranchir totalement de la condition initiale qui peut être déterminante dans le parcours adopté par les particules au

sein du bassin.

Ce jeu de données offre différentes possibilités d’analyse. Il nous permet par exemple d’étudier la répartition spatiale des particules sur des échelles temporelles plus courtes qu’une année, puisque les positions quotidiennes de toutes les particules sont conservées. Dans le chapitre 3 (section3.3.1) nous analysons ainsi la variabilité temporelle des dyna-miques d’accumulation en considérant des échelles de 3, 6, 9 puis 12 mois. Celles-ci sont tout à fait caractéristiques du bassin méditerranéen. La résolution spatiale du modèle hy-drodynamique ne permet d’ailleurs pas de considérer une échelle temporelle plus courte que 3 mois. D’autre part, des tests de durée ont montré qu’il n’était pas non plus nécessaire de réaliser des simulations plus longues qu’une année, car le nombre de particules encore advectées par la circulation générale de surface devient alors trop faible pour permettre une analyse pertinente. Par la suite, comme il est possible de connaître à tout moment la position initiale de chaque particule, nous sommes également capables de déterminer s’il existe des régions particulières jouant le rôle de sources de déchets marins (sections 3.2 et 3.3.3), ou à contrario d’identifier des destinations privilégiées (section 3.2). Pour cela nous sélectionnons un certain nombre de particules en fonction de leur position à un temps donné. Enfin, bien que l’on n’ait pas effectué cette analyse, plusieurs trajectoires de parti-cules initialement situées en un même lieu mais appartenant à des simulations différentes peuvent être utilisées afin de réaliser des lâchers réguliers au niveau de régions stratégiques telles que la mer d’Alboran ou le détroit de Sicile.

Figure 2.4 – Organisation des simulations de transport de déchets marins à l’échelle du bassin. Un ensemble de 3287 simulations de 12 mois a été constitué. Chacune d’entre elles présente la même répartition initiale homogène en particules, mais voit sa condition initiale décalée de un jour par rapport à la précédente.

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2.3.2 Un autre outil Lagrangien pour l’étude du transport de déchets à