Motivations : Cette campagne de mesure avait des objectifs multiples : — compléter le nombre limité d’études existantes au sujet des écoulements catabatiques sur pente raide (α >20◦) mais omniprésente dans une région comme les Alpes, — constituer la première étude sur un site expérimental naturel qui poura faire l’objet de nouvelles périodes d’observation, — contribuer à la compréhension des écoulements catabatiques qui présente encore des verrous tant sur le plan de l’interprétation physique de la turbulence qui y est associée que sur le plan de la modélisation, — constituer un ensemble de données servant de référence pour des simulations numériques réalistes (1Dou 3DLES). Les objectifs détaillés concernant chacune des spécialités (numérique3D, analyses des données de terrain et numérique 1D) sont décrits en début de chacun des chapitres correspondant (respectivement, chapitres4,5 et6). Géographie : La zone d’étude se situe au sein du système de vallées que constitue le "Y" grenoblois. Il s’agit des trois principales vallées eutourant la ville de Grenoble : — la branche NO du "Y" formée par la Cluse de l’Isère et orientée N-NE - S-SE ; — la branche NE du "Y" formée par la vallée du Grésivaudan et orientée NE-SO ; 32 Méthodes et prétraitements — la branche S du "Y" formée par la vallée du Drac et orientée N-S. Ces trois vallées sont séparées par trois massifs montagneux : — la Chartreuse au nord ; — Belledonne à l’est ; — le Vercors aux sud-ouest. Les dénivelés engendrés par ce système topographique sont conséquents puisque les fonds des vallées se situent autour de 300m et les sommets les plus hauts autour de 2000m en Char-treuse et dans le Vercors et quasiment à 3000m dans Belledonne. Une cartographie simplifiée est proposée en figure 3.1. Il s’agit de la topographie telle que représentée au sein d’un des domaines de calcul (voir paragraphe 3.5.3). En terme de modélisation numérique de l’atmo-sphère au sein de ce système de vallées, une étude détaillée est proposée par Largeron 2010. On y trouvera notamment la description des sytèmes complexes des vents de vallée générés en condition stable ainsi qu’une étude sur les zones potentielles de stagnation de polluants. Le site de mesure : Le site de mesure utilisé dans cette étude a été choisi dans le cadre de ce travail de thèse Vercos Chartreuse Belledonne ✒ Vallée du Grésiv auda n ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❪ Cluse de l’Isère ✄ ✄ ✄ ✄ ✄ ✄ ✄ ✄ ✄ ✄ ✄ ✄ ✄ ✄ ✄✎ Vallée du Drac Figure3.1: Topographie du système de vallée du "Y" grenoblois (représentée par la topographie du domaine de calcul numériqueDOM2, voir paragraphe 3.5.3). 3.2. Présentation du site expérimental 33 en s’inspirant notamment des simulations numériques LES réalistes de Blein et al. 2011. La pente Ouest du Grand Colon se situe à l’Est de la ville de Grenoble (15kmà vol d’oiseau,23 km en véhicule), dans le massif de Belledonne (voir figure 3.2). Le site de mesure s’étend de l’altitude 1100m (clairière de Ferpeyret) à 2400m (le sommet du Grand Colon). L’ensemble de la pente qui constitue le site de mesure est exposé à l’ouest. Ceci permet l’établissement franc d’écoulements catabatiques puisque le rayonnement solaire direct y est relativement intense (incidence favorable) quasiment jusqu’au moment de disparaître. Ceci est dû à la présence d’un obstacles de l’horizon, en l’occurrence la chaîne du Vercors. À l’inverse, une pente exposée à l’est présente une période transitoire moins marquée vers un écoulement catabatique puisque le refroidissement du sol à partir de la fin d’après-midi est plus progressif. Le raisonnement inverse peut d’ailleurs être appliqué pour les périodes transitoires de début de rayonnement (matin), plus franches sur les faces exposées à l’est et plus étalées dans le temps sur les faces ouest. Cette symétrie de période transitoire peut être schématisée par le lien entre anabatique (resp. catabatique) et apparition de rayonnement (resp. disparition de rayonnement). Dans la plage d’altitude du site expérimental, on observe l’évolution de l’altitude du sommet de l’inversion persistante générant les problématiques de création de "Cold Air Pool" (voir chapitre2). Ces altitudes sont donc particulièrement intéressantes pour les observations afin de mieux comprendre les mécanismes de créations et de déstructions de ces phénomènes (e.g. Burns and Chemel 2014 ou Staquet et al. 2015). Horizontalement, le site d’intérêt couvre une zone de2km×2km. La pente moyenne est de l’ordre de 30◦ et les pentes maximales sont de l’ordre de45◦. Les mesures sont faites en deux endroits distincts : — Dans la partie basse, sur une zone horizontale (site de la clairière de Ferpeyret ; alti-tude :1165m; coordonnées :N45.178111/E5.901723; figure3.2), un Sodar mesure les profils verticaux de vitesse et direction de vent ainsi que les statistiques turbulentes du sol jusqu’à 600msol. Le temps d’intégration des mesures Sodar (5min) ainsi que la ré-solution spatiale (6m) donnent des informations meso-échelles. Ces ordres de grandeurs permettent d’observer un vent catabatique si celui-ci est suffisamment épais (supérieur à 30m pour dépasser la cime des arbres environnants) ou encore les écoulements de vallée. Un ballon-sonde captif a également été développé durant cette thèse afin de compléter les mesures Sodar par des profils de température. Le sommet de ces profils correspond à l’altitude du second site de mesure situé à 1700m. Les données de ce site de mesure ne sont pas analysées dans ce travail de thèse mais pourront être utilisées et répétées dans de futurs projets. Le présent travail se concentre davantage sur les données de turbulence récoltées sur le second site. — Au sein même de la pente (site de la Baraque du Colon ; altitude : 1770m; coordon-nées : N45.162948 / E5.913550; figure 3.2), un mat de vent est érigé afin de capturer l’écoulement catabatique au plus proche de son initiation. En effet, même si la source d’un écoulement catabatique est locale et donc par définition potentiellement omnipré-sente, il est préférable de s’affranchir des "accidents de parcours" que l’écoulement a pu rencontrer. Ce site est donc choisi afin d’observer l’écoulement dans une zone dépourvue au maximum d’hétérogénéité située en amont. Le site est situé dans une zone d’alpage (végétation basse et rochers ou cailloux clairsemés) au-dessus de la zone de forêt et présente une pente surplombante relativement homogène. Le site choisi pour installer le mat de mesure remplit donca priori les caractéristiques indispensables à l’analyse fine du processus physique. La pente moyenne y est de 30◦. Même si le site de mesure est placé en altitude, le fait d’être situé sur les flancs de la vallée du Grésivaudan (voir figure3.2) rend les vents de vallée potentiellement sensibles localement. Si ces vents sont présents, ils sont aisément identifiés de part leur direction puisque canalisés au sein de la vallée. Sous une tendance de vent du Nord (respectivement Sud), le vent de vallée 34 Méthodes et prétraitements ✲ Clairière de Ferpeyret ✲ Baraque du Colon ✒ Vallée du Grésiv audan Figure 3.2: Carte IGN : Grenoble et entrée de la valée du Grésivaudan (haut, base de donnée IGN au100 000me) et site de mesure sur la pente ouest du Grand Colon (bas, base de donnée IGN25 000me). Cartographie complète disponible sur le site http://www.geoportail.gouv.f r. aura une direction située autour de 40◦ (respectivement 220◦). Le site d’étude se trouvant en altitude il n’est pas possible d’exclure d’autres directions de perturbation par un vent synoptique d’ouest par exemple. Dates : Sur le site du bassin Grenoblois, les années étudiées (notamment 2006: Largeron 2010 et 2012 : campagne de mesure ici présentée), montrent des épisodes intenses de pollution aux particules entre mi-novembre et fin décembre. A cette période, le rayonnement solaire est suffisamment faible pour laisser s’installer sur plusieurs jours des inversions de température partant du sol et pouvant s’étendre sur 1km de hauteur. Une veille, sur les conditions météo-rologiques, a donc été assurée pour démarrer la campagne de mesure au moment d’une période anticyclonique avec forçage synoptique faible prévue sur plusieurs jours. La campagne de me-sure s’est donc déroulée du 14 novembre 2012 au 23 novembre 2012. La figure 3.3 montre les concentrations de particules fines pendant les dates choisies pour la période Dans le document Observation et modélisation de couche limite atmosphérique stable en relief complexe : le processus turbulent d'écoulement catabatique (Page 40-44)
