Étude numérique des circulations locales à la Réunion : application à la dispersion de polluants

Numerical studies of local atmospheric circulations over Reunion Island : application to the dispersion of pollutants

• Auteur / Autrice : Dorothée Lesouëf
• Direction : Robert Delmas, François Gheusi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique-chimie de l'atmosphère
• Date : Soutenance le 28/10/2010
• Etablissement(s) : La Réunion
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'atmosphère et cyclones (Saint-Denis, Réunion)
• Jury : Président / Présidente : Hervé Delbarre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Robert Delmas, François Gheusi, Valéry Masson, Bernard Campistron, Jean-Luc Baray
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valéry Masson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radar en météorologie

Mésométéorologie

Aérosols atmosphériques

Modèles mathématiques

Circulation atmosphérique

La Réunion (France ; île)

Polluants atmosphériques

Mots clés libres

Modélisation numérique

Circulations locales

Réunion

Transport de traceurs passifs

Relief complexe

Couche limite atmosphérique

Lidar aérosols

Radar UHF

Numerical modelling

Local circulations

Reunion Island

Passive tracers transport

Complex terrain

Atmospheric boundary layer

Aerosols LIDAR

UHF wind profiler

Résumé

Les régimes dynamiques dans les basses couches de l’atmosphère à l’île de la Réunion sont conditionnés par l’action du relief et du rayonnement sur l’écoulement synoptique. L’île est située en permanence dans le flux des alizés de sud-est et son relief élevé, culminant à 3000 m dans le centre de l’île et 2600 m au sud, constitue un obstacle important pour l’écoulement moyen. Le relief, le chauffage différentiel des pentes et le contraste thermique avec l’océan influent sur les échanges locaux entre la couche limite marine et la troposphère libre.L’analyse des phénomènes complexes de l’écoulement atmosphérique au niveau de l’île a pour but initial de caractériser les transferts de polluants émis localement. Cette étude a deux applications : • La première rentre dans le cadre préparatoire à la mise en place, à 2200 m d’altitude sur le Piton Maïdo, de l’observatoire atmosphérique de l’OPAR, à l’horizon 2011. L’objectif est de comprendre les circulations locales induites par le relief et les transports associés afin de discriminer d’éventuelles pollutions par les sources locales sur le signal qui sera mesuré in situ au sommet du Maïdo.• La seconde vise à étudier la diffusion des panaches volcaniques du Piton de la Fournaise. L’éruption majeure d’avril 2007 du volcan réunionnais a montré que des panaches pouvaient générer d’importantes pollutions dans diverses parties de l’île allant jusqu’à poser de réels problèmes environnementaux et de santé publique.Ces applications s’appuient sur une étude par modélisation numérique à haute résolution des écoulements atmosphériques dans les basses couches au niveau de l’île, au moyen du modèle météorologique de recherche MésoNH, permettant de conduire un ensemble de simulations sur cas idéalisés puis sur cas réels avec diffusion de traceurs passifs.

Reunion Island is an isolated mountainous island in Indian Ocean culminating in the center at 3000 m and in the southern part at 2600 m asl and is located in the influence of very regular south-easterly trade winds. The perturbation of the prevailing humid trade wind flow by the complex topography causes large spatial variations in local weather. The analysis of atmospheric circulations at local scale has been conducted with the aim of improving the understanding of small-scale transport and dispersion of pollutants emitted from local sources. This study has two applications:• It takes part in the perspective of the new atmospheric research station of Piton Maïdo, a summit at 2200 m above sea level on the west coast of the island, in the frame of the developing Atmospheric Physics Observatory of La Reunion (Observatoire de Physique de l’Atmosphère de la Réunion, OPAR as French acronym). The objective is to examine to what extent local orographic perturbations of the synoptic wind and local wind systems are responsible for vertical export of air pollutants originating from the island boundary layer, and could affect ground-based measurements at the future Piton Maïdo observatory devoted to the monitoring of background atmospheric composition (greenhouse gases and aerosols).• The second one aims to investigate the behavior of the volcanic plumes from the Piton de la Fournaise. During the April-May 2007 eruption, large amounts of volcanic gases, particles and ash were released into the atmosphere causing air-pollution at several inhabited locations. In this work, the three-dimensional, non-hydrostatic, limited-area numerical model, MESONH, was run in high resolution to simulate features of airflows over Reunion Island in idealized and real conditions. Various passive tracers have been released in the model in order to characterize dynamical processes in the lower atmospheric layers and the related transport of air-masses.