Recherche Avancée

Thèse soutenue

Structure des zones de charges électriques et propriétés de l'activité électrique des orages en Méditerranée nord-occidentale

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Auteur / Autrice : Ronan Houel
Direction : Dominique Lambert, Éric Defer
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Océan, Atmosphère, Climat
Date : Soutenance le 20/01/2023
Etablissement(s) : Toulouse 3
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Aérologie (Toulouse ; 1983-....)
Jury : Président / Présidente : Serge Soula
Examinateurs / Examinatrices : Magalie Buguet
Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Célestin, Juan Montaña Puig, Pascal Ortega

Résumé

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Le bassin nord-occidental méditerranéen connaît régulièrement des orages accompagnés de précipitations intenses, de fortes rafales de vents, d'une activité électrique importante et parfois de tornades. Cette région est particulièrement sensible au changement climatique avec, selon les scénarios futurs, des orages moins nombreux mais plus violents. Le programme HyMEX (Hydrological cycle in Mediterranean EXperiment) a été mené dans le but de mieux comprendre et prévoir ces événements météorologiques extrêmes. Au sein de ce même programme, le projet EXAEDRE (EXploiting new Atmospheric Electricity Data for Research and the Environment) s'est concentré sur l'étude des processus microphysiques, dynamiques et électriques au sein d'orages observés en Corse pour la période 2016-2020. L'éclair est le résultat d'interactions complexes entre la microphysique, la dynamique et l'électrisation au sein du nuage d'orage. L'éclair se produit entre des zones de charges électriques distribuées au sein de l'orage sous la forme schématique de dipôle ou de tripôle. Cette thèse détaille les propriétés des structures de zones de charges électriques et les caractéristiques des éclairs et de l'activité électrique associées à partir d'observations issues de réseaux de détection opérant dans les domaines radio VHF (LMA; Lightning Mapping Array) et LF (Météorage). Des mesures issues des radars météorologiques du réseau ARAMIS de Météo-France apportent des informations sur les précipitations ainsi que les hydrométéores et les vents au sein des nuages. Une base de données de cellules orageuses a ainsi été construite grâce à l'algorithme d'identification et de suivi de cellules électriques ECTA conçu durant la thèse. Les zones de charges électriques ont été déduites via l'algorithme Chargepol tandis que la synergie LF-VHF classe les décharges en éclairs de type intra-nuage, nuage-sol ou hybride. Les propriétés électriques de différentes structures électriques sont analysées par période de 10 minutes grâce à des études de cas de cellules observées en Corse en 2018. Les résultats obtenus sont vérifiés à l'aide d'une étude statistique sur 800 cellules enregistrées en Corse durant 5 mois et sont comparés à ceux obtenus dans le sud-est de la France en 2012 durant la campagne HyMEX. Ainsi, la classification des éclairs utilisant la synergie VHF-LF donne des résultats cohérents par rapport aux structures de zones de charges électriques. Des structures électriques anormales ont été identifiées dans 25 % des périodes de 10 minutes analysées tandis que le taux d'éclairs le plus fort a été justement observé pour une certaine catégorie de ces structures de zones de charges anormales. Plus généralement, le taux d'éclairs est corrélé à l'altitude des zones de charges. Le suivi de paramètres tels que l'altitude d'initiation des éclairs, leur extension horizontale et de leur durée sont des bons indicateurs de l'intensité d'un orage et de sa dynamique. Ces travaux montrent l'intérêt de l'observation éclair, notamment en 3D, pour améliorer la prévision immédiate des orages. Enfin l'exploration des liens entre électricité et observations radars a mis en évidence des relations complexes qui précisent que de fortes pluies peuvent se produire en l'absence d'activité électrique intense mais que de fort taux d'éclairs sont généralement associés à des fortes précipitations.