Modélisation de la production d'aérosols désertiques en régions arides et semi-arides : développement et validation d'un code de calcul adapté au transport à grande échelle

par Béatrice Marticoréna

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Gilles Bergametti.

Soutenue en 1995

à Paris 7 .

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  • Résumé

    Ce travail a porte sur le developpement d'un modele de production de poussieres physiquement explicite, utilisable a grande echelle et autorisant a terme la prise en compte des interactions climat-intensite des emissions. Le modele de production developpe est base sur les deux principaux facteurs gouvernant les flux d'aerosols mineraux: la force de cisaillement appliquee a la surface erodable et la vitesse-seuil d'erosion. Ces deux grandeurs sont tres fortement liees a l'etat de la surface: la force de cisaillement va dependre de la vitesse du vent et de la rugosite du terrain, la vitesse-seuil d'erosion est controlee par la granulometrie des elements mobilisables du sol et par l'effet protecteur des elements de rugosite presents a la surface. Une approche originale de parametrisation du flux d'erosion en fonction de la granulometrie du sol erode a d'abord ete developpee. Une expression de vitesse-seuil de friction dependante du diametre des grains du sol (iversen et al. , 1982) a ete modifiee pour s'adapter au calcul des vitesses-seuil d'erosion de sols lisses, constitues de grains de taille variee. Nous avons ainsi pu attribuer, a chaque classe de taille des grains du sol, une contribution specifique au flux total, proportionnelle a la surface qu'elle occupe au sol. Pour etendre cette parametrisation aux situations rugueuses, un schema de partition de la force de cisaillement du vent entre les particules erodables et les elements rugueux a ete developpe. Les vitesses-seuil d'erosion peuvent etre determinees, quel que soit l'etat de rugosite des surfaces en fonction d'un parametre integratif, la hauteur de rugosite de la surface concernee. Cet ensemble (parametrisation de la granulometrie des sols et partition de l'energie) permet de calculer les vitesses-seuil d'erosion et les flux horizontaux de poussieres pour tout etat de surface, lisse ou rugueux. Afin de determiner le flux vertical de poussieres transportables a longue distance, une relation empirique a ete et ablie a partir de mesures couplees de flux vertical et horizontal. La parametrisation adoptee permet de relier le flux de poussieres produites au flux horizontal de saltation en fonction de la teneur en argiles des sols. Les principaux elements constitutifs de ce modele de production de poussieres ont ete valides a micro-echelle par comparaison avec des donnees experimentales. L'application de ce schema a grande echelle a necessite le developpement de methodologies de determination des parametres utilises par le modele a l'echelle consideree. L'ensemble de ces procedures d'adaptation permet d'acceder aux parametres d'entree du modele a partir d'une cartographie des etats de surface, necessitant de decrire la hauteur moyenne des obstacles, leur taux de recouvrement et la typologie mineralogique du sol considere. Cette cartographie etablie a partir d'une approche geomorphologique pour la moitie occidentale du sahara et les champs de vents de surface ecmwf ont permis de realiser des simulations des emissions de poussieres. Ces simulations ont ete confrontees aux indices difference infrarouge de poussieres (iddi), issus du traitement d'images meteosat dans l'infrarouge thermique. Les frequences de soulevement simulees par le modele se sont averees etre en tres bon accord avec les frequences observees par satellite. Une comparaison quantitative a egalement ete effectuee entre les intensites des flux simules et les comptes difference meteosat pour le mois de mai 1991. Elle a permis de mettre en evidence une relation lineaire entre le logarithme des flux moyens et les iddi, indiquant une coherence forte entre l'intensite des flux calcules et les indices satellites de poussieres. Les emissions annuelles et mensuelles simulees pour l'annee 1991 ont ete comparees aux estimations etablies par d'almeida (1986) pour les annees 1981 et 1982. Les emissions annuelles et leur variabilite temporelle sont reproduites de facon tout a fait satisfaisante par le modele couple a la cartographie des etats de surface. Au-dela de l'apport que constitue ce modele pour les simulations du cycle des aerosols desertiques et l'evaluation de leur effet radiatif potentiel, ce travail constitue egalement une etude de faisabilite pour l'elaboration de modules-source d'aerosols naturels autorisant, a terme, la prise en compte des retroactions existant entre le climat et les emissions


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Informations

  • Détails : 1 vol. (268 p.)
  • Annexes : Bibliogr..

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  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • Accessible pour le PEB
  • Cote : TS1995
  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Sciences de la Terre Recherche - cartothèque - CADIST.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T PAR07 1995 MAR
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