Experience météo sur Toulouse

[fred]

Capitoul : une campagne de mesure sur Toulouse

pour étudier la météorologie urbaine

 

Météo-France mène à compter de mars 2004, durant un an, une campagne de mesure intensive sur la ville de Toulouse. Baptisée Capitoul, cette étude est destinée à mieux connaître les processus physico-chimiques qui ont un impact sur le climat urbain. On espère aussi mieux prévoir à terme la météorologie urbaine. Capitoul réunit des universités et des laboratoires de recherche français et étrangers. 35 ingénieurs et chercheurs y sont impliqués. Cette campagne bénéficie de la collaboration de la Mairie de Toulouse et des agglomérations voisines. Capitoul est essentiellement financée par Météo-France.

 

La météorologie urbaine : des phénomènes méconnus

La prévision du temps repose actuellement sur des modèles numériques (simulation informatique du comportement de latmosphère) qui représentent les masses dair à léchelle dun continent, dun pays ou dune région.

Or, dans les zones urbanisées, là où vit la majorité de la population, se produisent des phénomènes météorologiques particuliers et de petite échelle :

· «lîlot de chaleur urbain » : latmosphère de la ville est significativement plus chaude que celle des zones rurales environnantes (cet écart de température peut parfois atteindre 10°C à Paris),

· la « brise urbaine » : un vent naît de cette différence de température.

Ces phénomènes sont mal connus des météorologistes et ne peuvent pour le moment pas être pris en compte dans les modèles actuels.

 

Une campagne de mesure sur une ville de référence, Toulouse

La partie expérimentale de Capitoul permettra dans un premier temps daméliorer la connaissance de ces mécanismes en recueillant des données durant une longue période sur une ville de référence, Toulouse. Elle complète lexpérience de météorologie urbaine réalisée lors de la campagne ESCOMPTE (été 2001) sur Marseille, en sintéressant notamment à des conditions météorologiques différentes, à lîlot de chaleur et à la brise urbaine.

Toulouse a été retenue comme site pilote de cette étude en raison de ses caractéristiques météorologiques. Située à distance de la mer et de la montagne, elle nen subit pas les effets. Elle possède un climat semi-continental simple, caractérisé par deux vent dominants (sud-est et nord-ouest). De par sa taille et le nombre de ses habitants, elle présente bien les phénomènes dîlot de chaleur et de brise urbaine, objets de cette expérience. Létude sur Toulouse sera ainsi applicable à dautres villes continentales françaises. Enfin, Toulouse réunit une bonne part de la recherche météorologique française qui participe à Capitoul.

 

Les objectifs scientifiques de la campagne de mesure de Capitoul sont :

· étudier les échanges dénergie entre la surface urbaine et latmosphère dans diverses conditions météorologiques et à différentes saisons, ainsi que limpact des sources de chaleur urbaines que sont le chauffage et les transports,

· observer limpact de la ville sur lécoulement de lair entre 0 et 1 km daltitude : îlot de chaleur urbain, dôme urbain, brise urbaine, panache urbain, effet sur le brouillard ;

· caractériser la formation et la transformation des aérosols urbains (particules de poussière) de leur zone démission à leurs zones réceptrices à faible (1 km) et moyenne (50 km) distance. Les chercheurs vont aussi étudier limpact des aérosols sur lensoleillement et le rôle quils jouent dans leffet de serre.

 

Un vaste dispositif de mesure

Le dispositif de mesure déployé à Toulouse et ses environs recueillera durant un an des données météorologiques dans des conditions météorologiques variées. Les études en météorologie urbaine réalisées jusque là ont été conduites en été seulement et sur des périodes de quelques semaines. Les scientifiques ont mis en place un réseau dobservation permanent constitué de stations terrestres et de 2 radars vent. Un réseau secondaire sera également activé lors de conditions météorologiques spécifiques, constitué notamment dun avion instrumenté et de radiosondages.

 

Construire les modèles de prévision de demain

Dans un deuxième temps, le programme Capitoul fournira aux chercheurs les moyens de tester les modèles numériques de prévision du temps de demain.

 

Météo-France a développé depuis 1998 un modèle détude qui simule les échanges dénergie entre une ville et latmosphère. Baptisé TEB (Town Energy Balance), cet outil est conçu pour prévoir la température et lhumidité dans une ville, à léchelle dun quartier.

 

La base de données météorologiques constituée par Capitoul permettra de valider le modèle expérimental TEB et de construire dici à 5 ans un modèle opérationnel capable dappréhender les processus de la météorologie urbaine. Ce modèle pourra simuler les phénomènes de lordre de 2 km et ainsi améliorer la prévision météorologique sur les grandes agglomérations françaises.

Avec ce futur modèle de prévision, les météorologistes pourront prévoir la température avec une plus grande précision sur une ville et dans la zone rurale alentour. Cela permettra, par exemple, de mieux prévoir les précipitations neigeuses en ville et en banlieue, là où les conséquences sur les transports sont les plus importantes.

 

La météorologie urbaine

 

Les débuts de la météorologie urbaine datent des années 80 avec les travaux du chercheur canadien Tim R. Oke (Université de Vancouver) qui en définit les principes généraux. La météorologie urbaine se caractérise principalement par lapparition dun « îlot de chaleur » : la température au sol en ville est plus élevée que dans les zones rurales qui lentourent. Lécart de température observé entre le centre dune ville et ses alentours est surtout sensible la nuit (température minimale) (voir schéma n°2). Cet écart peut atteindre 10 °C dans certaines grandes agglomérations, telles que Paris ou Londres. Lîlot de chaleur urbain nest pas permanent (sauf en situation anticyclonique durable) : il commence à se former dans laprès-midi et surtout au cours de la nuit et disparaît en début de journée.

 

Les situations perturbées favorisent la dispersion de ces îlots de chaleur par le vent et la pluie. Au contraire, une situation anticyclonique (vent faible et temps clair) renforce cet îlot, parfois même en journée. Les chercheurs de Capitoul ont prévu de renforcer leurs observations particulièrement lorsque ces conditions météorologiques seront réunies.

La formation de lîlot de chaleur urbain est également favorisée par :

· les propriétés thermiques de certains matériaux urbains. Les revêtements des routes et trottoirs, le béton et les tuiles stockent de la chaleur tout au long de la journée et la restituent progressivement durant la nuit.

· La géométrie urbaine. Les parois verticales (murs), les surfaces horizontales (rues) ou inclinées (toits) piègent lénergie solaire.

· La quasi absence de végétation en zone urbaine. En zone rurale, une bonne partie de lénergie solaire est utilisée pour évaporer leau contenue dans le sol et la végétation. Ces derniers accumulent très peu de chaleur et ne peuvent donc pas en restituer lorsque la nuit tombe : lair se refroidit alors rapidement. Au contraire, latmosphère de la ville ne bénéficie pas de leffet refroidissant de la végétation.

· les sources dhumidité et de chaleur directement liées aux activités humaines.

Le chauffage et les transports favorisent laugmentation de la température.

 

 

De plus, par vent faible, sous laction du chauffage, un « dôme de chaleur » peut sinstaller au-dessus de la ville, dont la forme varie selon la configuration de la zone urbanisée. Dans ces conditions, une « brise urbaine » (denviron 5km/h), baptisée ainsi par analogie avec la brise de mer, peut se mettre en place en raison de la différence de température entre la ville et la campagne.

Si le vent souffle aux alentours de 20 km/h, le « dôme urbain » est remplacé par un « panache urbain », à savoir une circulation dair chaud de la ville vers la campagne qui se dissipe cependant rapidement.

 

Le dispositif de mesure de Capitoul

 

De mars 2004 à mars 2005, le programme Capitoul mobilise une trentaine de techniciens, ingénieurs et chercheurs. Le dispositif dobservation permanent de Capitoul comprend un réseau de 40 sites de mesure répartis sur lensemble de lagglomération toulousaine :

 

· Un mât télescopique de 30 mètres instrumenté pour mesurer les échanges thermiques entre la ville et latmosphère. Installé en centre-ville, il mesure également la vitesse du vent et sa direction, la température, lhumidité et la quantité de pluie. Des mesures daérosols (particules de poussière) émis depuis les rues vers latmosphère sont aussi réalisées à laide de ce mât. Les mesures sont transmises par câble directement à un calculateur situé dans le bâtiment.

 

· Un site de mesures daérosols (poussières en suspension dans latmosphère), installé en centre-ville proche du mât, pour étudier la composition chimique et les propriétés physiques (taille, nombre, influence sur la lumière) des aérosols et leur évolution dans le temps.

 

· Un réseau de 21 stations légères mesurant la température et lhumidité est réparti sur toute lagglomération toulousaine pour cartographier la température de la ville. 14 stations sont installées dans Toulouse et 7 dans des villes alentour (lUnion, Ramonville-Saint-Agne, Cugnaux, Saint-Orens, Colomiers, Blagnac, Villeneuve-Tolosane). Des mesures daérosols (poussières) sont effectuées en collaboration avec lORAMIP (association de surveillance de la qualité de lair) et le laboratoire dAérologie du CNRS-UPS.

 

· Un radar profileur de vent de Météo-France installé dans Toulouse réalise des mesures de vent entre 0 et 2 km daltitude. Un sodar installé sur le site de Météo-France, en zone péri-urbaine, recueille des mesures de vent entre 0 et 800 m daltitude. Les données de ces deux instruments seront ensuite comparées.

 

· 4 stations rurales installées entre 15 et 40 km de Toulouse, mesurent la température, lhumidité, la pression, les précipitations et lensoleillement (voir photo n°6). Une de ces stations comporte un second mât instrumenté chargé de mesurer les échanges thermiques entre la campagne et latmosphère. Ces données serviront de référence pour mettre en évidence la spécificité urbaine.

 

Ce réseau est complété par 50 stations dobservation terrestres de Météo-France mesurant la température, lhumidité, le vent, la pression, la pluie.

 

Lexpérience Capitoul réalisera en plus de cette collecte permanente de données, 3 périodes dobservation intensive de plusieurs semaines (du 5 au 31 mars, du 21 juin au 13 juillet et du 15 novembre 2004 au 28 février 2005). Les scientifiques déclencheront ces mesures intensives sur alerte, les jours présentant une situation anticyclonique favorable à lobservation de limpact de la ville sur latmosphère.

La fréquence des mesures sera alors augmentée et renforcée par un dispositif complémentaire comprenant :

 

· Des radiosondages seront réalisés depuis lîlot Valade en centre-ville et à Merville et Montlaur, à la campagne. Ces lâchers de ballons-sonde auront lieu 5 fois par jour (à 1h00, 6h00, 10h00, 14h00 et 19h00). Les sondes fourniront des données de température, vent, pression et humidité jusquà 2,5 km daltitude.

 

· Le Piper Aztec, un avion de recherche de Météo-France, survolera lagglomération pour mesurer les effets de la ville sur latmosphère entre 300 m et 3000 m daltitude. Ses capteurs mesurent le vent, la température, lhumidité et les caractéristiques des aérosols (particules de poussière). Ces vols de mesure permettront de suivre lévolution rapide dun dôme ou dun panache. 50 heures de vol sont prévues au total, uniquement durant la journée.

Le Piper Aztec est un des avions du Centre daviation météorologique (CAM) de Météo-France, installé à Toulouse (Francazal) depuis septembre 2003. Le CAM fera partie intégrante de SAFIRE, une structure mixte actuellement en cours de création qui regroupera la flotte française davions instrumentés et sera exploitée conjointement par le CNRS-INSU, le CNES et Météo-France.

[Jean-Louis]

Cette collecte de mesures promet. Quels moyens !

Je connaissais une chercheuse universitaire qui avait fait en partie ce travail sur Paris avec son équipe mais à plus petite échelle, quartier par quartier, parfois rue par rue en parallèle des données de mesures routinières sur la région Ile de France. Elle avait découvert plusieurs micro climats en fonction des saisons et surtout de véritables nids à pollution.

Les rapports et les résultats étaient vraiment interessants.

 

Donc cette collecte de mesures sur Toulouse et sa région promet.

Espérons que résultats et analyses seront publiés.

 

En tout cas merci Fred pour cette info à suivre.

[Piloutop]

Merci pour ces infos ... Super intéressant. Il est vrai que les conclusions de cette étude seront sans aucun doute passionnantes et ô combien révélatrices ...

Quel vaste chantier et effectivement quels moyens ! Impresssionnant.

A suivre ... en 2005 ou 2006 ?

 

Mardi je vous raconterai comment se comporte la chaleur urbaine et humaine à Rotterdam, aux Pays-bas ...

Dimanche matin, dès 11h, au beau milieu de 12000 coureurs européens, j'aurai sans doute l'occasion d'observer le ciel pendant 42km que dure un marathon et - je l'espère - pas trop au delà de 3h30 ...

Piloutop

[Jean-Louis]

Il est fou ce Pilou...