Thèse Analyse des Mesures In Situ de Couche Limite Atmosphérique Turbulente sur Pente dans les Alpes Européennes. Modélisation Physique et Simulation Numérique des Vents Catabatiques dans le Cadre H/F - 38

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : STEP - Sciences de la Terre de l'Environnement et des Planètes
Laboratoire de recherche : Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels
Direction de la thèse : Christophe BRUN ORCID 000000027895378X
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-01T23:59:59Les vents catabatiques sont des écoulements gravitaires générés en particulier la nuit par le refroidissement radiatif en surface terrestre. Ils sont principalement observés en hiver lors d'épisodes météorologiques anticycloniques associés à une stratification stable et à une inversion de température dans la basse troposphère. Bien que leur intensité soit relativement faible (autour de 2 à 4 m/s) sauf sur d'autres atmosphères planétaires comme celles de Mars où ils atteignent des vitesses de l'ordre de 10 à 20 m/s (Newman JGR 2022), leur rôle est primordial dans les zones de relief complexe car ils participent de manière systématique à l'accumulation de polluants en fond de vallée et contribuent directement à la génération de cold air pool'. Il existe un grand nombre d'observations in situ du processus catabatique le long de pentes faibles (1° à 10°) telles que celles rapportées dans les vallées ou les glaciers (voir par exemple Denby JAM 2020, Grachev BLM 2016), mais beaucoup moins le long de pentes alpines fortes (20° à 40°) dans les montagnes (voir par exemple Nadeau BLM 2013, Charrondière BLM 2022 [3]). Le vent catabatique se compose d'un jet de paroi turbulent le long de la pente couplé à une couche limite thermique turbulente refroidie en surface, tous deux soumis aux effets de la gravité.
Une approche classique du couplage est donnée par le modèle de Prandtl (1942), qui inclut également les effets turbulents (Grisogono JAS 2001), mais on sait peu de choses sur la région d'écoulement très proche en dessous de la vitesse maximale du jet en particulier pour les configurations à forte pente (Oldroyd BLM 2016).
La question de recherche traitée est double, d'une part approfondir la connaissance générale des propriétés turbulentes des vents catabatiques dans la zone très proche de la surface rarement observée in situ pour des raisons techniques et logistiques (échelles millimétriques peu accessibles avec des sondes classiques météorologiques) en adaptant in situ des sondes de mesures de vitesse 3D à haute résolution en fréquence et de taille réduite (généralement utilisées en soufflerie au laboratoire), d'autre part proposer et valider un ensemble de lois de parois nécessaires à la définition cohérente des conditions aux limites de surface pour une utilisation appropriée des modèles régionaux en montagne et sur les reliefs complexes en général (par exemple Meso-NH, SURFEX au CNRM Météo France).
L'analyse sera faite sur la base d'une campagne d'observation effectuée dans le cadre du projet alpin européen TEAMx en 2024-2025, incluant des mesures in situ d'épisodes catabatiques dans les alpes autrichiennes près d'Innsbruck (janvier-février 2025) et dans les alpes italiennes dans la vallée de l'Adige (juin-juillet 2025).

Des résultats préliminaires obtenus dans le cadre d'un projet INSU/LEFE lors d'une campagne récente de mesures in situ menée pendant l'hiver 2023 dans les Alpes françaises près de Grenoble, ont permis d'évaluer avec précision les propriétés de la couche limite turbulente dans la région située en dessous du maximum du jet catabatique, en relation avec les effets de la gravité (communication [1] à l'Euromech Colloquium 608 Dynamics of gravity currents' en juin 2023). Des tendances préliminaires ont également été publiées (Charrondière JFM 2022 [4]) sur la base de quelques mesures effectuées avec la même sonde dans le cadre de la campagne 2019 sur les pentes du Grand Colon, massif de Belledonne (les données sont disponibles sur un dépôt Zenodo [2]).

La question de recherche traitée est double, d'une part approfondir la connaissance générale des propriétés turbulentes des vents catabatiques dans la zone très proche de la surface rarement observée in situ pour des raisons techniques et logistiques en adaptant des sondes de mesures de vitesse 3D à haute résolution en fréquence et de taille réduite d'autre part proposer et valider un ensemble de lois de parois nécessaires à la définition cohérente des conditions aux limites de surface pour une utilisation appropriée des modèles régionaux en montagne et sur les reliefs complexes en général.

L'objectif général de l'étude est d'analyser la campagne d'observation dans les alpes autrichiennes de l'hiver janvier-février 2025 près d'Innsbruck puis dans les alpes italiennes l'été juin)juillet 2025, l'ensemble dans le cadre du projet alpin européen TeamX 2024-2027. Il s'agira d'une analyse statistique de données de mesure couplée à des modèles analytiques et une étude de modélisation numérique de processus et in situ.