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ED 173 - SDU2E
Proposition de Sujet de thèse 2011
Laboratoire (et n° de l’unité) dans lequel se déroulera la thèse :
CNRM-GAME, URA1357
Titre du sujet proposé :
Processus de redistibution d’énergie cinétique au sein des tempêtes hivernales.
Spécialité : (cocher une seule spécialité)
 Astrophysique, Sciences de l’Espace, Planétologie
 Climat, Océan, Atmosphère, Surfaces Continentales
 Ecologie Fonctionnelle
 Hydrologie, Hydrochimie, Sol, Environnement
 Sciences de la Terre et des Planètes solides
Nom et statut (PR, DR, MCf, CR, …) du (des) responsable(s) de thèse (préciser si HDR) :
Gwendal RIVIERE (Dr)
Didier RICARD (Dr)
Philippe ARBOGAST (Dr)
Coordonnées (téléphone et e-mail) du (des) responsable(s) de thèse :
Gwendal RIVIERE, 05-61-07-97-81, [email protected]
Didier RICARD, 05-61-07-93-05, [email protected]
Philippe ARBOGAST, 05-61-07-96-39, [email protected]
Résumé du sujet de la thèse (le descriptif ne doit pas dépasser une page recto/verso)
Contexte scientifique général, Compétences souhaitables,…
La différence de température entre les pôles et l'équateur est à l’origine des courant-
jets circulant d'ouest en est dans la haute troposphère aux latitudes tempérées. Ceux-ci
constituent le milieu favorable à la formation et au creusement des dépressions et des
tempêtes hivernales en particulier par interaction barocline. Même si l’interaction barocline
est le mécanisme principal de croissance des dépressions (Ayrault et Joly, 2000), elle
n’intervient pas de manière homogène et n’explique pas nécessairement toutes les étapes
que traverse la dépression au cours de son évolution. Par exemple, il s'est avéré que, pour la
tempête du 24 janvier 2009 appelée ``Klaus'', la dépression a atteint de fortes valeurs de
vent bien après la phase d'interaction barocline. Des résultats préliminaires montrent qu'il
existe une dynamique à l'intérieur du système redistribuant l'énergie cinétique de la
perturbation vers le sud qui s'ajoute localement au vents d'ouest de l'environnement, créant
ainsi un pic local de vents forts au sud du système (Rivière et al., 2010). Ce processus de
redistribution d’énergie s’avère dépendre en grande partie des flux agéostrophiques de
géopotentiel (Chang et Orlanski, 1993). Le but de la thèse est d’étudier ce type de
redistribution d’énergie cinétique au sein des tempêtes hivernales dans des simulations
numériques, de comparer aux cas observés et de faire le pont avec la formation de
phénomènes de petite échelle comme les rafales de vent. On s'intéressera en particulier aux
notions de « sting jets » (Browning, 2004), qui sont des zones de forts vents au sein des
dépressions, favorisées par des phénomènes diabatiques d'évaporation et générant de très
forts dégâts matériels.
Méthodologie et plan général:

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Etant donné que l'objectif est de bien représenter la formation de phénomènes de
petite échelle comme les rafales de vent et notamment les « sting jets », le cadre numérique
adopté est celui d'un modèle à échelle fine, en l'occurrence Meso-NH ou AROME. La taille
du domaine sera suffisamment grande pour pouvoir représenter le cycle de vie entier d'une
dépression, c'est à dire approximativement l'échelle du bassin océanique de l'Atlantique
Nord. Différentes simulations de « sting jets » avec ce type de modèle (Martinez-alvarado
et al., 2010), montrent que leur formation dépend fortement de la résolution verticale
(celle-ci doit être augmentée par rapport au cadre opérationnel) tandis qu'une résolution
horizontale de 7 km environ est suffisante.
Les différentes étapes de la thèse se résument ainsi:
 Familiarisation avec l'utilisation du modèle Meso-NH ou AROME. Définition du
domaine et des différentes résolutions nécessaires.
 Simulations numériques d'un cas réel ayant créé de fortes rafales de vent sur la
France (typiquement la tempête « Klaus », 24 janvier 2009) et / ou d'un cas avéré de
présence de « sting jets ». Comparaison entre cas simulés et cas observés (utilisation
d'analyses opérationnelles, images satellites, mesures de maxima de rafales de vent).
 Simulations numériques de cas idéalisés afin de déterminer les facteurs
environnementaux qui favorisent la formation de fortes rafales de vent. On introduira
un écoulement de base instable barocliniquement (typiquement un jet zonal cisaillé
verticalement) auquel des perturbations d'échelles synoptiques seront ajoutées. On
s'intéressera en particulier à l'influence des côtés cycloniques et anticycloniques du jet
sur la formation des rafales de vent.
 Le but recherché dans l'ensemble des simulations sera enfin de déterminer s’il
existe un lien entre la vision synoptique de redistribution d’énergie décrite dans le cadre
quasi-géostrophique (Rivière et al., 2010) et les phénomènes de plus petite échelle que
sont les « sting jets ». En d'autres termes, les phénomènes diabatiques sont-ils là pour
renforcer une dynamique sèche sous-jacente ou créent-ils des phénomènes ne pouvant
pas s'expliquer par une dynamique sèche ?
La thèse s’insère dans un effort plus large de l’équipe RECYF (Recherche sur les
Cyclogénèses et les Fronts) du GAME-CNRM, qui vise à mieux comprendre la dynamique
des tempêtes hivernales (Section 2.2.b-1 de la prospective 2007-2011 du CNRM-GAME). Le
programme international dans lequel s’inscrit la thèse est THORPEX (The Observing System
Research and Predictability Experiment) ainsi que le projet de campagne de mesure centré
sur l’Atlantique et appelé T-NAWDEX (THORPEX-North Atlantic Waveguide and
Downstream Impact Experiment). D'un point de vue national, le sujet de thèse est lié à une
des thématiques du projet LEFE/IDAO intitulé EPIGONE (Excitation, Propagation et Impact
au sein du Guide d’ONdes de l’atlantiquE nord).
Remarque: possibilité de candidater pour un financement AXA (date limite: 21 mars
2011)
Références :
Ayrault, F. et A. Joly, 2000 : Une nouvelle typologie des dépressions atmosphériques :
classification des phases de maturation. C. R. Acad. Sci. Paris, Sciences de la terre et des
planètes/ Earth and Planetary Sciences, 330, 167-172.
Browning, 2004: The sting at the end of the tail : Damaging winds associated with extratropical
cyclones. Quart. J. Roy. Met. Soc., 130, 375–399.
Chang, E. K. M. et I. Orlanski, 1993 : On the dynamics of a storm track. J. Atmos. Sci., 50, 999-
1015.
Martinez-Alvarado, O., F. Weidle et S. L. Gray, 2010: Sting jets in simulations of a real cyclone
by two mesoscale models. Mon. Wea. Rev. Submitted.

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Rivière, G., P. Arbogast, et A. Joly, 2010: Kinetic-energy redistribution within extratropical
cyclones. Comparison between a real case (« Klaus ») and an idealized case, EGU general
assembly 2010.