PDA – Activité « Dynamique Atmosphérique et Télédétection »

L’activité de recherche « Dynamique Atmosphérique et Télédétection » (ATMO), de la thématique PDA1, se consacre à l’étude dynamique des phénomènes météorologiques, jouant un rôle dans les domaines de la pollution de l’air, des risques environnementaux et de l’énergie. Elle s’appuie sur des campagnes de terrain multi-instrumentées et la simulation numérique, afin de définir leur rôle sur l’évolution des champs météorologiques et de la distribution spatiale des polluants gazeux et des aérosols. Quels sont les mécanismes météorologiques en jeu ? Quels moyens expérimentaux doit-on déployer pour les révéler et les étudier ? Quel modèle physico-chimique peut rendre compte des effets observés ?

Synergie observation modelisation

Figure 1 : Synergie de l’observation multi-échelle (in-situ, télédétection) et de la modélisation à fine échelle

Ce thème de recherche nécessite une observation multi-échelles des processus atmosphériques. Le groupe s’est doté pour cela de moyens expérimentaux remarquables, de télédétection (lidars aérosols et Doppler, radar, sodar) et de mesure in situ (anémomètres ultrasoniques, radiosondages, photomètre…), et fait appel aux modèles numériques (Méso-NH, WRF), pour comprendre la structure et le comportement de la basse troposphère.

Lidar Doppler LEOSPHERE Windcube 100S
Lidar Aérosol LEOSPHERE ALS 300
SODAR REMTECH PA2
Station de radiosondage MeteoModem

Figure 2 : Parc instrumental constitué d’instruments de télédétection de lidar Doppler, lidar aérosol, sodar, radar) et in-situ (anémomètre ultrasonique, station météo au sol et de radiosondage)

Notre expertise nous a permis de développer ou d’intégrer plus d’une quinzaine de programme de Recherche nationaux et internationaux, s’appuyant sur des campagnes de mesures impliquant la majorité des moyens du groupe (CLIMIBIO2, CaPPA3, VEGILOT4, ChArMEX5, BLLAST6, VESSAER7, CAPES-COFECUB8, PIC 2010, NANO-INDUS, ANR IDEA9, KASCADE10, ELI11, WILIAM12, HYMEX13, IRENI14, INTERREG, SHADOW15). Ces expériences de terrain ont permis de mieux appréhender la météorologie et la pollution de l’air, dans des environnements extrêmement variés (milieux urbains, industriels et côtiers, situations désertiques, tropicales, montagneuse), à la dynamique atmosphérique souvent complexe, comprenant plusieurs phénomènes imbriqués à micro-échelle (turbulence, couche limite, dispersion de panaches) et à méso-échelle (brise de mer, courant de pente, jets nocturnes, alizés).

modélisation

Figure 3 : a) Les domaines imbriqués de modélisation par Méso-NH, permettant de modéliser la dynamique atmosphérique aux échelles spatiales différentes.
b) Modélisation de la brise de mer avec un traceur passive.
c) La convection reproduite par le modèle à fine échelle.
d) Description de la dynamique atmosphérique locale avec les clusters de rétrotrajectoires.

Cette expertise est également mise à profit en développant des partenariats de recherche avec le monde industriel, par exemple, avec la société LEOSPHERE, leader mondial dans le secteur des lidar Doppler.

Cette activité de recherche, pluridisciplinaire par essence, entretient de très nombreuses collaborations scientifiques avec les laboratoires de Recherche, dans les domaines de la physico-chimie atmosphérique et de la modélisation numérique : Laboratoire d’Aérologie (LA, Université Paul Sabatier), Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS, Université Pierre Marie Curie), département Sciences de l’Atmosphère et Génie de l’Environnement (SAGE, Mines de Douai), Laboratoire d’Optique Atmosphérique (LOA, Lille1), Laboratoire Sciences Pour l’Environnement (LES, Université de Corse), Institut de Mathématiques Numériques de Moscou (IMN, Univ. Moscou), Département d’Ingénierie Environnementale (Universidade Federal do Espírito Santo, Brésil).

FOREFIRE

Hor_bary6

Figure 4 : Simulation du panache de fumée obtenue à partir du modèle ForeFire /Méso-NH (Projet ANR IDEA, J. B. Filippi du SPE) et localisation expérimentale (par lidar) et numérique du barycentre du panache à Letia (Corse)

Le groupe participe au laboratoire d’Excellence (LABEX CaPPA), dans le groupe de travail WP3 : « Aerosol observations : instrumentation, intense field campaigns, monitoring from ground-based networks and satellites ».

1 PDA: Processus et Dynamique Atmosphérique, 2 CLIMIBIO: Changement CLIMatique, dynamique de l’atmosphère et Impacts sur la BIOdiversité et la santé humaine, 3 CaPPA: Laboratoire d’excellence pour la Recherche régionale Chemical And Physical Properties of the Atmosphere, 4 Végilot: Etude de l’Influence de la Végétation et de les îlots de chaleur urbain, 5 ChArMEx: Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment, 6 BLLAST: Boundary Layer Late Afternoon Sunset Turbulence, 7 VESSAER : Vertical Structure and Sources of AERosols in the Mediterranean Region, 8 CAPES-COFECUB: Coordination pour le perfectionnement du personnel de l’enseignement supérieur – Comité Français d’Évaluation de la Coopération Universitaire et Scientifique avec le Brésil, 9 IDEA: IncenDies, de la combustion aux Emissions Atmosphériques, 10 Kascade: Mesure des vents Katabatiques en condition d’Atmosphère Stable sur CAdarache pour la Dispersion d’Effluents, 11 ELI: Expertise LIdar, 12 WILIAM: WInd LIdar for Aerosol Measurements, 13 HYdrological cycle in the Mediterranean EXperiment, 14 IRENI : Institut de Recherche en Environnement Industriel, 15 Study of Saharan Dust Over West Africa