Mod´elisation hydrodynamique

Comparaison qualitative entre les champs de salinit´e simul´es et les images Seawifs

Nous avons acquis des images Seawifs sur la p´eriode de l’exp´erience `a partir du site internet italien du Joint Research Centre (http ://marine.jrc.cec.eu.int/frames/archive seawifs.htm) afin de les com-

parer avec les sorties du mod`ele du Golfe du Lion. Les images Seawifs pr´esentent la concentration de chlorophylle en surface. Nous sommes conscients que cette comparaison ne peut pas fournir une valida- tion quantitative et rigoureuse du mod`ele. Toutefois, ces images permettent de visualiser les structures de panaches fluviaux riches en chlorophylle et de les comparer aux structures de salinit´e de surface mod´elis´ees.

Le 31 octobre, 9 jours apr`es les crues du Rhˆone et de l’H´erault, on observe de fortes concentrations en chlorophylle le long de la cˆote (figure 4.9 a). Les salinit´es de surface simul´ees sont ´egalement faibles (couleur rouge) le long de la cˆote (figure 4.9 e), ce qui montre un bon accord avec les observations. Le panache est ensuite maintenu `a la cˆote par un vent de sud, jusqu’au 2 novembre. Le 4 novembre, le panache s’est ´elargi et ´etendu vers le large, dans les observations et les sorties du mod`ele (figures 4.9 b et f), sous l’effet d’un vent de nord qui souffle depuis 1 jour. Le 9 novembre, les concentrations en chlorophylle ont diminu´e et les salinit´es de surface augment´e, probablement en raison du m´elange vertical induit par les forts vents de nord et nord-ouest (figures 4.9 c et g). Le 15 novembre, trois jours apr`es la tempˆete et les crues associ´ees, des concentrations en chlorophylle significatives sont observ´ees le long de la cˆote (figure 4.9 d). Les panaches fluviaux simul´es ont ´et´e contraints de s’´ecouler le long de la cˆote vers l’Ouest, puis vers le Sud sous l’influence du vent de sud-est (figure 4.9 h).

Cette comparaison permet donc de conclure sur la bonne repr´esentation des structures de panaches fluviaux dans le Golfe du Lion pendant la p´eriode ´etudi´ee.

Courantologie

La mod´elisation montre que le courant dans la baie pr´esente une forte variabilit´e spatiale en direction et en intensit´e. Afin de comparer les sorties du mod`ele aux observations pr`es du fond au niveau du site SOLA, nous avons donc analys´e le courant en plusieurs points de grille du mod`ele proches de celui correspondant au site SOLA. Les r´esultats de comparaison les plus probants sont obtenus pour un point situ´e `a 500 m au Sud-ouest du site SOLA et sont repr´esent´es sur la figure 4.10. Nous pouvons noter que les courants simul´e et observ´e sont globalement orient´es vers le Nord-ouest avant la tempˆete. L’intensit´e proche de 10 cm s−1 _{est bien restitu´ee par le mod`ele. Pendant la tempˆete, le courant reste}

dirig´e vers le Nord-ouest et s’intensifie, dans les observations et la simulation. On note cependant que l’augmentation du courant simul´e est l´eg`erement anticip´ee (d’environ 4 h) et nettement att´enu´ee, en comparaison avec les observations. La diff´erence d’intensit´e pourrait s’expliquer par le fait qu’on ne prend pas en compte les courants induits par la houle (d´erive de Stokes, d´erive littorale entre autres),

Fig. 4.9 – Images Seawifs du (a) 31/10, (b) 04/11, (c) 09/11, (d) 15/11 et champs de salinit´e de surface simul´es pour le (e) 31/10, (f ) 04/11, (g) 09/11, (h) 15/11 (rouge : S < 35 ; bleu : S > 37.75).

les interactions houle/courant ou les effets de l’´etat de la mer sur la tension du vent. A la fin de la tempˆete (13-14 novembre), le courant simul´e diff`ere des observations. La mauvaise repr´esentation du vent sur cette p´eriode, mise en ´evidence dans le paragraphe 4.4.2, pourrait expliquer ce d´efaut. Apr`es la tempˆete (du 18 au 21 novembre), l’inversion de direction du courant est bien reproduite par le mod`ele. Au point du mod`ele correspondant au site SOLA, le courant est surestim´e pendant les ´episodes de vent de nord (courbe verte, figure 4.10). En effet, ce dernier atteint 30 cm s−1 _{alors que la vitesse du}

courant mesur´ee n’exc`ede pas 15 cm s−1<sub>. L’´ecart des vitesses observ´ee et mod´elis´ee `a SOLA pourrait</sub>

ˆetre attribu´e en partie `a la surestimation du vent. Nous avons en effet appliqu´e le vent enregistr´e au Cap B´ear sur l’ensemble du domaine. Or, le Cap B´ear prot`egeant la baie des vents de nord, la Tramontane mesur´ee au Cap B´ear devrait ˆetre att´enu´ee dans l’Anse nord de la baie (communication personnelle, Katell Guizien).

L’´evolution temporelle du courant pr`es du fond met donc en ´evidence, grossi`erement, trois types de circulation au niveau du site SOLA : un courant mod´er´e dirig´e vers le Nord-ouest, un fort courant dirig´e aussi vers le Nord-ouest et un courant mod´er´e orient´e vers le Sud-est. Nous allons voir que ces circulations sont sp´ecifiques aux trois situations atmosph´eriques rencontr´ees pendant l’exp´erience (vent de nord-ouest, vent intense de sud-est et vent d’ouest-nord-ouest).

Du 6 au 11 novembre, la Tramontane et le Mistral soufflent sur le Golfe du Lion (figure 4.11 a). Cette association de vents induit une circulation anticyclonique sur le plateau au Nord du Golfe ainsi qu’un courant orient´e vers le Sud `a l’Ouest (figure 4.11 b), comme l’ont mis en ´evidence Estournel et al. [2003]. Le mod`ele interm´ediaire pr´ecise la circulation dans la partie sud-ouest du plateau (figure 4.11 c). Deux branches de courant, situ´ees en milieu de plateau et le long de la cˆote, dirig´ees vers le Sud, se rejoignent au Nord du Cap B´ear et s’´ecoulent jusqu’au Cap Creus. Dans la baie de Banyuls, on observe une premi`ere circulation anticyclonique au Sud et une seconde circulation cyclonique au Nord (figure 4.11 d). Un courant cˆotier apparaˆıt ´egalement dans le Sud de la baie. Le courant est donc bien dirig´e vers le Nord-ouest au niveau du site SOLA (symbolis´e par une ´etoile sur la figure 4.11 d).

Du 12 au 14 novembre, l’intense vent de sud-est g´en`ere une circulation cyclonique sur le plateau (figures 4.12 a et b). De forts courants sont observ´es le long de la cˆote et sur le plateau externe. Dans la partie sud-ouest, une branche de courant orient´ee vers le Sud s’´etend sur l’ensemble du plateau (figures 4.12 b et c). La figure 4.12 d montre alors une intensification des deux circulations tourbillonnaires pr´ec´edemment ´etablies par vent de nord-ouest dans la baie de Banyuls.

Fig. 4.10 – Evolution temporelle des courants (cm s−1) observ´e et simul´e `a 3 m au dessus du fond pr`es du

site SOLA (en vert : au site SOLA ; en bleu : `a 500 m du site SOLA). La zone gris´ee d´elimite la p´eriode de la tempˆete. Le baton repr´esente le vecteur vitesse du courant, l’origine du vecteur est positionn´e sur l’axe y=0.

canalis´e d’ouest-nord-ouest qui pr´edomine du 17 novembre `a 12 h jusqu’au 24 novembre `a 0 h induit une circulation anticyclonique sur l’ensemble du plateau (figures 4.13 a et b). Les zones de forte intensit´e du courant occupent les plateaux interne et externe. Le mod`ele interm´ediaire montre que le courant est dirig´e vers le Nord au large de la baie de Banyuls (figure 4.13 c). La figure 4.13 d met en ´evidence un courant cˆotier qui s’´ecoule vers le Sud-est au Nord du Cap B´ear et dans la baie de Banyuls, en accord avec les observations au site SOLA.

L’imbrication des trois mod`eles nous a donc permis de repr´esenter correctement la circulation dans la baie de Banyuls pendant l’exp´erience VENT, comme le montre les comparaisons observations / mod´elisation. On constate que cette derni`ere est largement influenc´ee par la circulation induite par le vent sur le plateau du Golfe du Lion et localement.

Fig. 4.11 – Champs de tension de vent (N m−2) (a) et de courant moyen (cm s−1) (b), (c) et (d) simul´es pour

Fig. 4.12 – Champs de tension de vent (N m−2) (a) et de courant moyen (cm s−1) (b), (c) et (d) simul´es pour

Fig. 4.13 – Champs de tension de vent (N m−2) (a) et de courant moyen (cm s−1) simul´es (b), (c) et (d) pour

Hydrologie

La figure 4.14 montre l’´evolution temporelle de la temp´erature pr`es du fond au niveau du site SOLA. Une premi`ere chute mod´er´ee de temp´erature (0.5˚C) est visible dans les observations et les sorties du mod`ele le 4 novembre, apr`es un ´episode de vent de nord mod´er´e. Puis, l’intensification du refroidissement (2.5˚C) lors du long ´episode de Tramontane, du 6 au 11 novembre, est bien reproduite par le mod`ele. Une deuxi`eme chute significative de temp´erature (1.5 ˚C) a lieu du 19 au 22 novembre pendant le second ´ev´enement intense de vent de nord. Toutefois, des diff´erences entre les sorties du mod`ele et les observations sont identifiables : la temp´erature simul´ee augmente de mani`ere significative pendant la tempˆete alors que la temp´erature observ´ee n’augmente qu’`a l’arrˆet du vent de sud-est. Dans la simulation, un refroidissement non observ´e est notable du 15 au 19 novembre. Il semble que le mod`ele anticipe donc l’augmentation de la temp´erature. La mauvaise repr´esentation du courant `a la fin de la tempˆete pourrait en partie expliquer ces diff´erences.

On note aussi un biais de temp´erature d’environ 1 ˚C sur toute la p´eriode. Ce dernier d´efaut peut ˆetre imput´e aux conditions aux limites. La figure 4.15 montre la temp´erature de surface observ´ee par satellite et celle simul´ee, trois jours apr`es l’initialisation du mod`ele du Golfe du Lion (r´esolution : 1.5 km) ; en dehors des zones d’influence du Rhˆone, les temp´eratures observ´ees par satellite sur le plateau semblent ˆetre sup´erieures `a 20 ˚C, alors que les temp´eratures simul´ees varient entre 18 et 20 ˚C.

Fig. 4.14 – Evolution temporelle des temp´eratures (˚C) observ´ee et simul´ee `a 3 m au dessus du fond au site SOLA.

Fig. 4.15 – Champs de temp´erature de surface (˚C) observ´e par satellite (a) et simul´e (b) pour le 10 octobre 1999, 3 jours apr`es l’initialisation.

Les profils verticaux de temp´erature confirment le refroidissement de l’eau tout au long de la p´eriode d’´etude et montrent la quasi-homog´en´eisation de la colonne d’eau en temp´erature (figure 4.16). La stra- tification en salinit´e (non montr´e) et temp´erature observ´ee le 2 novembre (1 jour apr`es l’initialisation du mod`ele haute r´esolution), correspondant `a une intrusion d’eau fluviale dans la baie, n’est pas repr´esent´ee par le mod`ele. Apr`es la tempˆete, le 15 novembre, le mod`ele repr´esente bien la stratification de la colonne d’eau observ´ee un jour plus tard, caract´eris´ee par une augmentation de temp´erature pr`es du fond (figure 4.4). On retrouve ici le d´efaut d’anticipation ´evoqu´e pr´ec´edemment. Nous allons voir que l’analyse des sorties du mod`ele aide `a comprendre la stratification observ´ee. Avant la tempˆete, la colonne d’eau est homog`ene au niveau du site SOLA. Le m´elange vertical et les flux de chaleur n´egatifs lors des vents de nord ont conduit `a une diminution de la temp´erature, particuli`erement marqu´ee dans la baie (figure 4.17 a). Pendant la tempˆete, la circulation anticyclonique simul´ee dans le Sud de la baie (figure 4.12 d) persiste jusqu’au 14 novembre. Cette circulation favorise l’intrusion d’eau plus chaude (T=16.35˚C) du large dans la couche de fond (figures 4.17 b et 4.18 a). Le 15 novembre `a 0 h, la cellule d’eau chaude se trouve au niveau du site SOLA dans les sorties du mod`ele (figure 4.18 b).

Fig. 4.16 – Profils verticaux de temp´erature (˚C) simul´es au site SOLA pour les dates suivantes : 2 novembre, 9 novembre, 15 novembre, 16 novembre et 28 novembre 1999.

Fig. 4.17 – Coupes verticales de temp´erature (˚C) simul´ees pour le 12 novembre 1999 `a 0 h (a) et le 14 novembre 1999 `a 12 h (b). La localisation de la coupe est indiqu´ee sur la figure 4.18 a.

Fig. 4.18 – Champs de temp´erature (˚C) simul´es pr`es du fond pour le 14 novembre 1999 `a 12 h (a) et le 15 novembre 1999 `a 0 h (b).

Conclusion

Le mod`ele hydrodynamique reproduit les principales caract´eristiques hydrologiques et courantolo- giques observ´ees. Par ailleurs, la mod´elisation a mis en ´evidence trois situations associ´ees aux vents qui ont pr´edomin´e sur la p´eriode d’´etude. La premi`ere situation correspond au vent dominant dans cette r´egion. Dans ce cas, en premi`ere approximation, le vent force des courants cˆotiers intenses qui circulent devant la baie et produit un engrenage de contre-circulations tourbillonnaires dans les parties sud et nord de celle-ci.