Thèse soutenue

Modélisation des couplages surface-atmosphère dans les plaines semi arides Marocaines dans un contexte de changement climatique

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Khadija Arjdal
Direction : Philippe DrobinskiAbdelghani Chehbouni
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Ingénierie, mécanique et énergétique
Date : Soutenance le 20/12/2023
Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris en cotutelle avec Université Mohammed VI Polytechnique (Benguérir, Maroc)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de météorologie dynamique (Palaiseau, Essonne ; 1968-....) - Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539)
Jury : Président / Présidente : Abdel Wahid Mellouki
Examinateurs / Examinatrices : Philippe Drobinski, Abdelghani Chehbouni, Fabienne Louhou, Marina Baldi, Hamdi Rafik, Romain Roehrig
Rapporteurs / Rapporteuses : Fabienne Louhou, Marina Baldi, Hamdi Rafik

Résumé

FR  |  
EN

Les plaines Marocaines jouent un rôle majeur dans la production agricole du pays, représentant ainsi un tiers des terres agricoles et deux tiers des zones irriguées du pays. Cependant, la fréquence croissante des sécheresses constitue un défi majeur pour la gestion durable des ressources en eau, en particulier, dans ces régions vulnérables. Correctement représenter le climat de surface au Maroc dans les modèles de climat est fondamental pour prédire les effets du changements climatique sur les ressources en eau dans cette région.L'objectif de cette thèse consiste en deux volets: i) évaluer et améliorer la représentation des processus physiques qui gouvernent le climat de surface et le bilan d'eau et d'énergie dans la plaine du Haouz, située à la région de Marrakech. ii) Mettre en place des projections futures fiables dans l'Afrique du Nord et plus particulièrement dans les plaines Marocaines. Ainsi, nous utilisons la composante LMDZ-ORCHIDEE du Modèle Couplé de l'Institut Pierre Simon Laplace (IPSL-CM), dont le modèle atmosphérique LMDZ est couplé au modèle de surface continentale ORCHIDEE. Une configuration originale a été mise en place, en bénéficiant de la “capacité du zoom” du LMDZ, avec une grille globale raffinée autour de la plaine du Haouz, et la dynamique à grande échelle forcée à suivre les réanalyses à l'extérieur de la zone zoomée.La première partie de ce travail est consacrée à la mise en place d'une évaluation approfondie du modèle LMDZ-ORCHIDEE dans la représentation des interactions surface-atmosphère en utilisant des mesures sur site collectées dans la plaine du Haouz. Des expériences de sensibilité sont menées avec un couvert végétal adapté afin de permettre une comparaison modèle-observation plus robuste et concluante. Les résultats montrent que le modèle -avec sa physique standard du CMIP6- représente raisonnablement bien le climat de la surface dans la plaine. Cependant, un biais chaud de température nocturne, associé à une sous-estimation de la chaleur sensible et de la vitesse du vent a été identifié et partiellement corrigé en prescrivant des hauteurs de rugosité plus réalistes. Une sous-estimation de l'évapotranspiration et de l'humidité du sol, accompagnée des biais chauds de la température diurne ont été également identifiés dans nos simulations. Ainsi, une paramétrisation du premier ordre, visant à imiter l'irrigation dans la plaine, est développée en ORCHIDEE. Les résultats montrent une réduction des biais de l'évapotranspiration et de la température diurne. Par conséquent, cette étude de sensibilité souligne le rôle majeur qu'occupe l'irrigation dans la régulation du climat local dans les champs agricoles.Dans la deuxième partie, nous avons étudié la réponse de l'hydrologie de surface au changement climatique dans le bassin Méditerranéen et l'Afrique du nord. Une analyse approfondie des modèles CMIP6 montre un assèchement intense à la Méditerranée et une augmentation des précipitations au Sahara, cependant, celles-ci sont compensées par l'augmentation de l'évapotranspiration. Une étude de comparaison à CMIP5 montre des résultats qualitativement similaires avec des changements moins intenses qu'en CMIP6, en particulier pendant l'hiver. Pour raffiner les projections sur les plaines agricoles Marocaines, nous avons mis en place une configuration LMDZ-ORCHIDEE zoomée sur la plaine du Haouz, dont les champs de vent et de température sont guidés à l'extérieur du Maroc vers une simulation globale CMIP6 bien choisie suivant un scénario SSP5-8.5. Les projections montrent un réchauffement de 4K sur la plaine, ainsi qu'une diminution de l'humidité du sol et du flux latent suite à une diminution des précipitations par 30%. L'irrigation atténue le réchauffement induit par le changement climatique et réduit le rapport de Bowen suite à l'augmentation de l'humidité du sol, soulignant ainsi l'importance de la prise en compte de l'irrigation dans les simulations climatiques sur les zones agricoles Marocaines.