Résultas et discussion 1. Les profils verticaux

III.2.1.1. Cas 1 : sol nu sec

III.2.1.1.1.La température de l’air

La Figure 7. 2 montre les profils verticaux de la température simulés par les deux modèles à 1h00 et 12h00. Le profil initial d’entrée y est également inclus pour aider à comprendre l’évolution des profils dans les deux modèles après une heure de simulation. Il est évident de constater que ce profil initial correspond à une condition stable où le refroidissement par la surface affecte une épaisseur de l’ordre de 500 m. Au-delà de cette limite, la pente du profil correspond à une stabilité modérée [Figure 7. 2 (a)].

2

Après une heure de simulation, il ressort clairement qu’ENVImet surestime la température avec des écarts assez significatifs au voisinage de la surface du sol (écarts supérieurs à 5 °C). Ces écarts peuvent s’expliquer par l’hypothèse selon laquelle la flottabilité (Cf. Chapitre 2,

I.3, hypothèse H₁) n’est pas prise en compte en conditions stables dans l’équation de l’ECT et de ε dans le modèle 1D. En ce qui concerne Méso-NH, il semble globalement conserver le profil initial du fait de la courte période de temps écoulé, ce qui est cohérent.

A midi, les transferts verticaux de chaleur agissent sur le développement de la couche convective dont le sommet atteint 500 m pour Méso-NH [Figure 7. 2 (b)]. Cette altitude correspond également à une inversion thermique qui pour ENVImet se fait à une cote plus élevée (1000 m, environ). Toutefois, nous constatons que non loin de la surface ENVImet conserve quasiment les mêmes écarts observés à 1h00.

Figure 7. 2: profils de température de l’air simulés par ENVImet et Méso-NH à 1h00 (a) et à 12h00 (b). « T-init-0h00 » correspond au profil initial. Sol sec

III.2.1.1.2.L’ECT

En ce qui concerne l’ECT, ENVImet montre un profil à 1h00 différent de celui de Méso-NH tant en terme de forme qu’en terme de valeurs [Figure 7. 3 (a)]. En revanche, à 12h00 la forme du profil semble globalement en accord avec celle donnée par Méso-NH malgré les écarts observés à partir de 200 m de la surface du sol [Figure 7. 3 (b)]. Les profils correspondant aux conditions stables sont comparables de point de vue des tendances à ceux cités dans la littérature (Aspley et Castro, 1997).

160

Figure 7. 3 : profils de l’ECT simulés par ENVImet et Méso-NH à 1h00 (a) et à 12h00 (b). Sol sec.

III.2.1.1.3.La vitesse horizontale du vent

Le vent à 1h00 est pratiquement le même pour les deux modèles [Figure 7. 4 (a)]. Le profil présente des valeurs faibles (en valeur absolue) au voisinage de la surface du fait du frottement à la surface du sol engendrant un fort cisaillement et de valeurs plus fortes dans les couches supérieures de l’atmosphère compte tenu du faible cisaillement. Les profils à 12h00 montrent un écart significatif pouvant atteindre 1

s . m

1 ⁻ [Figure 7. 4 (b)].

Figure 7. 4: profils du module du vent horizontal simulés par ENVImet et Méso-NH à 1h00 (a) et à 12h00 (b). Sol sec.

III.2.1.2. Cas 2 : sol nu humide

III.2.1.2.1.La température de l’air

Comme dans le cas du sol sec, ENVImet fait augmenter la température de l’air au voisinage de la surface après une heure de simulation [Figure 7. 5 (a)]. Les écarts de température à la base du profil sont de plus de 5°C. Par ailleurs, le développement de la couche limite est plus faible dans la mesure où l’épaisseur subissant l’effet de la surface est de 300 m pour

Méso-(a) _(b)

NH tandis que pour ENVImet elle est de 800 m, environ [Figure 7. 5 (b)]. Ceci est dû aux conditions humides du sol qui donnent un faible flux de chaleur de surface.

Figure 7. 5: profils de la température de l’air simulés par ENVImet et Méso-NH à 1h00 (a) et à 12h00 (b). « T-init-0h00 » correspond au profil initial. Sol humide

III.2.1.2.2.L’ECT

La comparaison des profils des deux modèles à 1h00 montre des résultats assez proches de ceux obtenus sur le sol sec [Figure 7. 6 (a)] : ceux d’ENVImet sont identiques dans les deux situations du fait de la non prise en compte des gradients thermiques la nuit. Cependant, les profils de Méso-NH sont légèrement différents : comparé au sol sec, le profil correspondant au sol humide présente des valeurs plus fortes près de la surface. Les gradients thermiques en conditions humides étant plus faibles la nuit, ils engendrent une faible diminution de l’ECT (terme I3 plus faible). Là encore à 12h00, nous observons une forme caractéristique bien simulée par ENVImet malgré la surestimation entre 50 et 1000 m [Figure 7. 6 (b)]. Toutefois, les valeurs de l’ECT dans ce cas sont moins fortes que celles dans le cas du sol sec [Figure 7. 3 (b)] compte tenu des gradients thermiques moins forts à midi.

Figure 7. 6 : profils de l’ECT simulés par ENVImet et Méso-NH à 1h00 (a) et à 12h00 (b). Sol humide.

(a) (b)

162

III.2.1.2.3.La vitesse horizontale du vent

Comme dans le cas du sol sec, les profils des deux modèles ne montrent pas d’écarts significatifs à 1h00 [Figure 7.7 (a)]. Cependant à midi, les écarts peuvent aller jusqu’à

1

s . m

1 ⁻ [Figure 7.7 (b)]. En ce qui concerne ENVImet, il semble difficile d’attribuer ces écarts à l’évolution du profil de l’ECT entre 1h00 et 12h00 : la forme du profil du vent a été conservée bien que celle de l’ECT ait été modifiée par l’effet de la surface (flux convectifs et frottement).

Figure 7. 7 : profils du module du vent horizontal simulés par ENVImet et Méso-NH à 1h00 (a) et à 12h00 (b). Sol humide.

III.2.2. Les flux et les températures (surface du sol et air) journalières

III.2.2.1. Cas du sol sec

L’analyse abordée ci-dessus peut être complétée par l’analyse des flux du bilan d’énergie permettant d’approfondir la compréhension les échanges au voisinage de la surface. Sur la Figure 7. 8 (Figure 7. 9, respectivement) sont tracées les courbes de Rn et H (LE et G, respectivement) simulées par les deux modèles. Il ressort que les estimations de Rn sont satisfaisantes. Celles de H, LE et G montrent des écarts importants qui dépassent 2

m . W

100 ⁻

à midi. Avec une telle humidité dans le sol (η/η_s =25%) il est aberrant d’obtenir avec ENVImet de telles valeurs de LE à midi. Ce résultat peut être lié à la température de la surface du sol qui montre une forte sous-estimation à midi [Figure 7. 10 (b)]. De plus, on observe une amplitude mal simulée. Les problèmes posés par la température du sol semblent se répercuter sur la température de l’air avec un impact plus important : des écarts plus importants tout le long de la journée s’accompagnant d’une amplitude également mal simulée [Figure 7. 10 (a)]. Ces écarts ne sont pas dus à l’initialisation puisque, rappelons le, les mêmes profils de température et d’humidité de l’air ont été imposés aux deux modèles. Il s’agit plutôt d’un problème lié à la modélisation elle-même de ces interactions dans ENVImet.

Figure 7. 8 : flux Rn (a) et H (b) simulés par ENVImet et Méso-NH. Sol sec.

Figure 7. 9 : flux LE (a) et G (b) simulés par ENVImet et Méso-NH. Sol sec.

Figure 7. 10 : température de l’air à 2 m de la surface (a) et température de la surface du sol (b) simulées par ENVImet et Méso-NH. Sol sec.

III.2.2.2. Cas du sol humide

Le sol étant humide, les flux LE sont forts comparativement aux flux H (Figure 7. 11 et Figure 7. 12). La présence d’eau dans le sol crée une continuité entre les éléments de sa phase solide ce qui favorise la conduction de la chaleur : le flux G simulé par les deux modèles est élevé [Figure 7. 12 (b)] si l’on compare à celui obtenu sur le sol sec [Figure 7. 9 (b)].

Le Rn simulé par ENVImet est surestimé en milieu de journée [Figure 7. 11 (a)]. Cette surestimation peut être due à la sous-estimation de l’albédo du sol dont le calcul est basé sur le formalisme d’Idso (1975). En effet, ce formalisme donne une valeur de 0,14 alors que les observations sur le terrain pour le même type de sol et une humidité de surface assez proche suggèrent une valeur de l’ordre de 0,19. L’albédo dans Méso-NH est de 0,20.

(a) (b)

(a) (b)

164

Le flux LE est surestimé avec des écarts dépassant 200 W.m⁻² en milieu de journée. Le flux H est non satisfaisant du fait des écarts de l’ordre de 50 W.m⁻² observés notamment en début et en fin de journée. En ce qui concerne le flux G, il est sous-estimé par ENVImet [Figure 7. 12 (b)] compte tenu de la sous-estimation de la température de la surface du sol [Figure 7. 13

(b)]. Là encore la température de l’air au-dessus de la surface montre des résultats non concluants et son évolution semble être déconnectée de celle de la surface [Figure 7. 13 (a)] contrairement à Méso-NH où ces deux températures sont bien corrélées.

Figure 7. 11 : flux Rn (a) et H (b) simulés par ENVImet et Méso-NH. Sol humide.

Figure 7. 12 : flux LE (a) et G (b) simulés par ENVImet et Méso-NH. Sol humide.

Figure 7. 13 : température de l’air à 2 m de la surface (a) et température de la surface du sol (b) simulées par ENVImet et Méso-NH. Sol humide.

(a) _(b)

(a) (b)

III.3. Conclusion

L’analyse des résultats associés à ces deux tests permet de dégager quelques remarques quant au fonctionnement de la partie atmosphérique du modèle 1D d’ENVImet ainsi que le schéma de surface du modèle principal 3D :

• Le modèle 1D semble surestimer la température de l’air au voisinage de la surface du sol (écart de plus de 5 °C dès le début des simulations) et par la même occasion l’épaisseur de la couche convective (écart de 500 m, environ).

• Il restitue globalement les tendances de la vitesse du vent et celles de l’ECT à midi. Cependant, les estimations de l’ECT à 1h00 ne sont pas satisfaisantes.

• Le schéma de surface du modèle 3D est problématique dans la mesure où la température de l’air et celle de la surface ne sont pas simulées correctement. Les écarts pour la température de la surface du sol sont plus forts en milieu (plus de 8 °C) qu’en début de journée alors que celle de l’air montre une tendance opposée.

Il est probable que l’hypothèse de la non prise en compte de l’effet des gradients thermiques (flottabilité) dans les équations de E et ε du modèle 1D et 3D soit à l’origine de ce dysfonctionnement. Dans un premier temps, en raison de la complexité du modèle nous allons tenter d’intégrer les termes des gradients thermiques (flottabilité) dans le modèle 1D.

III.4. Prise en compte de la flottabilité dans le modèle 1D