Proposition de Sujet de thèse 2020
(1 page recto maximum) Laboratoire (et n° de l’unité) dans lequel se déroulera la thèse : CNRM - UMR 3589
Titre du sujet proposé :
Amélioration de la prévision du risque de givrage lié à la présence d’eau liquide surfondue
Nom et statut (PR, DR, MCf, CR, …) du (des) responsable (s) de thèse (préciser si HDR) : Benoît Vié, Chercheur IPEF
Christine Lac, Chercheur ICPEF, HDR
Coordonnées (téléphone et e-mail) du (des) responsable(s) de thèse : benoit.vie@meteo.fr – 0561079305
christine.lac@meteo.fr – 0561079842
Résumé du sujet de la thèse
Le givrage est un phénomène dangereux pour l’aéronautique, qui survient lorsqu’un avion traverse un nuage contenant de l’eau liquide surfondue (à température négative). Les gouttes surfondues, instables, congèlent très facilement sur la carlingue. La glace accumulée cause une augmentation de la masse et une perte de portance liée à la déformation du profil des ailes, et peut ainsi déstabiliser l’appareil.
Les petites gouttelettes d’eau nuageuse ne congèlent pas facilement, et peuvent rester liquide jusqu’à des températures de l’ordre de -40°C, et des nuages entièrement composés d’eau liquide sont couramment observés à des températures de l’ordre de -20°C (Boudala et al. 2004). Les modèles de prévision numérique du temps (PNT) présentent un biais important pour la prévision de ce phénomène et tendent à faire geler trop facilement les nuages. Ainsi, le schéma de nuage ICE3 disponible dans la version opérationnelle du modèle de PNT AROME ne prévoit que des nuages totalement glacés en dessous de -20°C.
Par rapport à ICE3, le schéma microphysique à deux moments LIMA (Vié et al. 2016) améliore la représentation des nuages grâce à la prévision du nombre de gouttes et de cristaux (ICE3 ne prévoit que leur masse totale) et à l’utilisation d’une population d’aérosols réaliste servant comme noyaux pour la formation des gouttes et cristaux. Les premiers tests semblent indiquer que LIMA produit plus d’eau liquide surfondue qu’ICE3. L’objectif de la thèse sera d’évaluer le schéma microphysique à deux moments LIMA, destiné à être utilisé à terme en opérationnel dans AROME, et d’améliorer la prévision de l’eau liquide surfondue.
Ce travail s’appuiera sur les nombreuses observations recueillies pendant la campagne de mesure ICICLE, menée par la Federal Aviation Administration à Rockford (USA) en février 2019. Plusieurs vols réalisés en conditions givrantes apportent des informations détaillées sur la composition nuageuse pour différents types de situations (pluie verglaçante, cumulus en phase transition liquide-glace, perturbations frontales).
La première étape de ce travail sera de comparer la prévision d’eau liquide surfondue avec les schémas ICE3 et LIMA pour différents cas d’étude, et d’étudier l’impact des aérosols (qui peuvent influencer la composition d’un nuage dès sa formation) sur ce phénomène dans LIMA afin de quantifier l’apport du schéma à deux moments et les erreurs de prévision liées aux paramétrisations microphysiques. Cette étude permettra de dégager des pistes d’amélioration du schéma microphysique LIMA, en révisant la représentation de certains processus d’une part, et en prenant en compte la structure sous-maille du nuage afin de représenter les poches d’eau liquide incluses dans les nuages glacés et réciproquement.
Nature du travail attendu et compétences souhaitées
Connaissances en physique des nuages et modélisation numérique Références bibliographiques
