Soutenance de thèse Inès Vongpaseut : « Modélisation des interactions aérosols – microphysique – électricité atmosphérique dans les systèmes de convection profonde »

La prévision des orages constitue un enjeu majeur, compte tenu des impacts considérables que ces phénomènes peuvent avoir sur les sociétés humaines, les infrastructures et les écosystèmes. Toutefois, leur prévision demeure encore difficile, car le développement et l’évolution des systèmes convectifs résultent d’une interaction complexe entre de nombreux processus physiques, dont la microphysique nuageuse, la dynamique et l’électricité atmosphérique. Ces processus s’influencent mutuellement, ce qui rend leur représentation et leur compréhension particulièrement délicates dans les modèles de prévision numérique du temps. Le modèle Meso-NH intègre un ensemble de schémas physiques couplés permettant de représenter de manière réaliste les interactions entre aérosols, microphysique et électricité. Plusieurs simulations numériques ont été réalisées avec ce modèle afin d’étudier l’impact des processus de formation de la glace sur les nuages de convection profonde et leur activité électrique. Une attention particulière a été portée au rôle des aérosols et aux processus secondaires de formation des cristaux de glace.

Tout d’abord, trois orages idéalisés, différant par l’épaisseur de leur phase chaude, ont été simulés à travers un ensemble de 87 simulations. Celles-ci ont permis d’évaluer la sensibilité des systèmes convectifs aux concentrations d’aérosols ainsi qu’aux processus secondaires de formation de la glace (SIP) L’augmentation des concentrations en aérosols agissant comme noyaux de condensation nuageuse (CCN) et comme noyaux glaçogènes (INP) accroît la production de glace, l’électrisation du nuage par le processus non inductif et l’activité électrique jusqu’à des seuils de concentrations en aérosols (1000–8000 cm−3 pour les CCN et 100 L−1 pour les INP). Au-delà, l’activité électrique décroît. Les processus SIP renforcent fortement l’électrisation en produisant des cristaux de glace supplémentaires, avec une efficacité variable selon les nuages : la fragmentation des gouttes de pluie nécessite une phase chaude épaisse, tandis que les processus Hallett-Mossop et de fragmentation par collision restent actifs dans l’ensemble des systèmes orageux simulés.

L’impact des processus SIP sur l’activité électrique des orages a ensuite été analysé plus en détail à travers la simulation d’un système orageux observé en Corse lors de la campagne de mesures EXAEDRE. Les observations microphysiques et électriques disponibles ont permis de valider les simulations. L’activation conjointe des trois processus SIP améliore la représentation de la concentration en cristaux de glace, de l’évolution de l’activité électrique et de l’altitude de déclenchement des éclairs, ainsi que la reproduction d’un tripôle, en cohérence avec les observations. Les processus SIP conduisent à une augmentation marquée des concentrations en cristaux de glace, neige et graupel, renforçant ainsi le processus non inductif, en particulier aux altitudes plus basses. 

Composition du jury :

• Mme Céline PLANCHE, Rapporteure, Université Clermont Auvergne
• M Joan MONTANYA PUIG, Rapporteur, Universitat Politécnica de Catalunya
• M Didier RICARD, Examinateur, Météo-France
• M Emmanuel RIVIERE, Examinateur, Université de Reims Champagne-Ardenne
• Mme Christelle BARTHE, Directrice de thèse, CNRS

Il sera possible de la suivre en visioconférence, un lien sera bientôt communiqué. La soutenance se déroulera en français.