Mieux comprendre les phénomènes atmosphériques

Programme HyMeX : mieux prévoir les événements extrêmes du pourtour méditerranéen

Le programme international de recherche HyMeX vise à mieux comprendre le cycle de l'eau en Méditerranée afin d'améliorer la prévision des risques hydrométéorologiques et la simulation de leur évolution dans les prochaines décennies. Pluies intenses et crues rapides, vents violents et sécheresses affectent en effet sévèrement tout le pourtour méditerranéen.

Coordonné par Météo-France et le CNRS, HyMeX rassemble près de 400 scientifiques d'une vingtaine de pays. La première campagne de mesures intensives se déroulera du 5 septembre au 6 novembre 2012. L'objectif : collecter le maximum de données sur toute la Méditerranée nord-occidentale, en France, en Italie et en Espagne.

Une région soumise à des événements extrêmes

La Méditerranée est une mer presque fermée, dont le pourtour présente un relief marqué. Ces singularités sont propices au développement d'évènements extrêmes (pluies intenses et crues, vents violents, sécheresses) qui mettent en danger les populations et occasionnent d'importants dégâts matériels dans tous les pays du pourtour méditerranéen. Le Midi de la France est ainsi fréquemment affecté par des crues rapides : Vaison-la-Romaine (Vaucluse) en septembre 1992, le Gard en septembre 2002, ou encore le Var en juin 2010.

Aujourd'hui, la capacité de prévision de ces évènements hydrométéorologiques et la simulation de leur évolution avec le changement climatique restent limitées. Les scientifiques manquent de données d'observation et leur compréhension des processus et interactions entre l'atmosphère, la mer et les surfaces continentales lors de ces évènements, demeure partielle.

La Méditerranée, « hot-spot » du changement climatique

Une région est ainsi qualifiée lorsque les effets attendus de ce changement sont très marqués ou bien que ses impacts sur l'environnement ou divers secteurs d'activité risquent d'être très prononcés. La Méditerranée cumule ces deux caractéristiques et figure parmi les « hot-spots » du changement climatique les plus marqués au monde. Dans son dernier rapport (2007), le GIEC prévoit un assèchement et un réchauffement futurs importants à l'échelle du bassin. Le nombre et la durée des vagues de chaleur et des sécheresses pourraient aussi augmenter dans les décennies à venir. Ces évolutions exerceront en outre une pression forte sur les ressources en eau, déjà durement sollicitées. Le pourtour méditerranéen regroupe aujourd'hui plus de la moitié de la population mondiale qualifiée de « pauvre en eau ».

Les scientifiques estiment aussi que le changement climatique modifiera la circulation océanique en Méditerranée, et plus particulièrement la formation des eaux denses (*). Ce phénomène joue un rôle déterminant dans la dynamique des écosystèmes marins, la chaîne alimentaire et les ressources de pêche qui pourraient ainsi être significativement impactées par le changement climatique.

Mais les évolutions climatiques sont encore mal décrites dans les régions méditerranéennes, notamment en raison d'une représentation parcellaire des processus et des interactions mis en jeu dans les modèles climatiques.

(*) Les eaux denses se forment l'action répétée du vent (mistral et tramontane dans le Golfe du Lion) : les eaux en surface refroidissent et gagnent en salinité par évaporation. A la fin de l'hiver, ces eaux de surface plus denses peuvent plonger jusqu'au fond de la mer, et y apporter de l'oxygène, alors que les substances nutritives, abondantes dans le fond, sont remontées vers la surface. L'occurrence et l'amplitude de ce phénomène sont très variables d'une année sur l'autre.

Une stratégie d'observation multi-échelles pour améliorer les modèles

L'une des originalités d'HyMeX est de s'intéresser simultanément à l'atmosphère, à la mer et aux surfaces continentales. Les données récoltées pendant les campagnes de mesures seront utilisées pour affiner la représentation des processus couplés aussi bien dans les modèles de prévision du temps que dans les modèles climatiques régionaux et pour valider ces modèles. Le programme d'observation d'HyMeX est décliné en trois phases :

- Une longue période d'observation (2010 à 2020)

sur tout le bassin méditerranéen. Elle vise à étudier la variabilité saisonnière et annuelle des évènements hydrométéorologiques et à réaliser des bilans sur le transport et les transformations (évaporation, condensation) de l'eau. Les données des réseaux existants sont mises à disposition des scientifiques. Des mesures sont aussi effectuées pour suivre les caractéristiques de la mer Méditerranée et des surfaces continentales (végétation, débits…).

- Une période d'observations renforcées dans trois régions - bassin nord-occidental, bassin sud-oriental, mer Adriatique - (septembre 2011 - août 2015)

Elle consiste à compléter grâce à des mesures spécifiques les réseaux opérationnels et de recherche existants. Par exemple, des observations sont effectuées depuis des navires marchands et des bassins versants sont instrumentés (notamment sur le Gard et l'Ardèche). L'objectif est d'étudier le bilan d'eau et certains processus couplés atmosphère / mer / surfaces continentales essentiels dans la formation de phénomènes hydrométéorologiques extrêmes.

- Deux périodes d'observations spéciales de plusieurs semaines

Dans le bassin nord-occidental, qui regroupe la plupart des objets d'étude d'HyMeX : pluies intenses et crues rapides (fréquentes sur les Cévennes mais affectant tout l'arc méditerranéen), vents forts et convection océanique (Golfe du Lion), grand fleuve (Rhône) et rivières coulant par intermittence (nombreuses notamment dans les Cévennes), etc. Lors de ces deux campagnes, des instruments de recherche spécifiques, embarqués notamment à bord d'avions, de bateaux ou de ballons, seront déployés. La première (5 septembre - 6 novembre 2012) s'intéressera aux épisodes de pluies intenses et aux crues rapides. La seconde (1er février - 15 mars 2013) sera axée sur la formation d'eaux denses dans le Golfe du Lion sous l'effet du mistral et de la tramontane.

Des données pour améliorer les modèles climatiques régionaux et définir des stratégies d'adaptation

De nouvelles simulations climatiques régionalisées (résolution 50 km ou plus fine), tenant compte des interactions atmosphère / mer / surfaces continentales, seront réalisées à partir des simulations globales (résolution typique de 200 ou 300 km) remises au GIEC en février 2012. Les simulations régionalisées sont essentielles pour étudier les impacts du changement climatique à l'échelle locale et construire des stratégies d'adaptation. Dans le cadre d'HyMeX, elles seront utilisées pour estimer plus finement l'évolution des débits extrêmes (crues, étiage) en Méditerranée et des ressources en eau à l'échelle régionale. Elles seront aussi mises à disposition de la communauté scientifique pour des études d'impact et d'adaptation, notamment des écosystèmes marins et terrestres.

Mieux comprendre les facteurs de vulnérabilité et construire des stratégies d'adaptation

Dans le cadre du programme d'observation à long terme (LOP), des retours d'expériences hydrologiques et sociologiques seront conduits au moins une fois par an après les crues majeures. Il s'agit d'établir des diagnostics de vulnérabilité et d'adaptabilité des populations et des territoires aux perturbations hydrométéorologiques.

Les études déjà réalisées concernent la crue du Var en juin 2010 et les inondations dans la région de Cinque Terre en Italie en octobre 2011. Les retours d'expériences hydrologiques reposent sur des enquêtes de terrain après l'évènement (laisses de crue, c'est-à-dire traces laissées par le niveau des eaux les plus hautes lors des crues, témoignages…) couplées à de la modélisation hydrologique pour estimer avec précision la hauteur et le débit du cours d'eau en crue. Ces informations sont essentielles pour mener les retours d'expérience sociologiques qui, sur la base d'entretiens, visent à analyser le comportement des individus, leur mobilité routière lors des épisodes intenses et la chaîne d'alerte en situation de crue.

Une campagne d'observation intensive pour mieux prévoir pluies intenses et crues rapides

La première campagne de mesures spéciales d'HyMeX (5 septembre - 6 novembre 2012) déploiera un vaste ensemble de moyens d'observation en Méditerranée nord-occidentale : mesures aéroportées, radiosondages, ballons dérivants, mesures océaniques à partir de bateaux, gliders et bouées dérivantes. En parallèle les mesures depuis le sol seront renforcées sur huit sites en France, en Italie et en Espagne grâce à la mise en place d'instruments de mesures atmosphériques et hydrologiques (radars, lidars, profileurs de vent, radiomètres, détecteurs de foudre…).

Cette campagne permettra d'engranger des données, notamment sur les zones encore peu couvertes comme la mer ou les zones nuageuses et précipitantes. Elle permettra d'évaluer la pertinence d'utiliser dans les modèles de nouvelles données, issues d'instruments de recherche comme les lidars (1) ou des réseaux opérationnels radar (par exemple, des données qui permettent de distinguer la grêle de la pluie ou de la neige). Ces nouvelles données contribueront à affiner la représentation des processus dans les modèles climatiques et de prévision et à améliorer l'utilisation des données observées dans ces modèles.

La campagne constituera également un banc d'essai pour tester de nouveaux systèmes de prévision météorologique, comme le système de prévision d'ensemble Arome de Météo-France. Météo-France utilise pour ses prévisions deux techniques : la prévision déterministe et la prévision d'ensemble. La prévision déterministe consiste à établir, à partir des observations, une simulation numérique des conditions météorologiques à venir. Mais les observations et le modèle ne sont pas parfaits (erreurs de mesure, zones sans données, hypothèses de modélisation...). La prévision d'ensemble tient compte de ces imperfections : le temps prévu n'est plus décrit par une seule simulation, mais par plusieurs. Au lieu d'un seul scénario obtenu avec la prévision déterministe, les prévisionnistes disposent donc d'une palette de scénarios possibles. Aujourd'hui, Météo-France réalise des prévisions déterministes avec ses trois modèles Arpège, Aladin et Arome et des prévisions d'ensemble uniquement avec Arpège. A l'horizon de 2015, les prévisionnistes devraient disposer aussi de prévisions d'ensemble avec le modèle à maille fine Arome. La première campagne intensive permettra de tester et d'évaluer l'apport de cette version d'Arome pour la prévision des pluies intenses (localisation et intensité). Les prévisions d'ensemble Arome alimenteront également les modèles hydrologiques afin d'estimer leur apport pour prévoir des crues sur les bassins des Cévennes et du Var.

(1) Le lidar (Light Detection and Ranging) est un appareil de télédétection qui émet des ondes laser et enregistre le signal retour de ces impulsions.

Carte du bassin méditerranéen : copyright P. Drobinski, CNRS

HyMeX s'inscrit dans le programme interdisciplinaire MISTRALS4, dédié à la compréhension du fonctionnement du bassin Méditerranéen.

Le programme HyMeX est financé en France par le CNRS, Météo-France, le CNES, Irstea, l'Inra, le programme blanc de l'ANR et la collectivité territoriale de Corse. Il bénéficie également de soutiens européens et internationaux.

Autres partenaires français : IRD, IFSTARR, IFREMER, IGN, BRGM, CEA, ONERA, Mercator-Océan, Météorage, Universités d'Aix-Marseille, Avignon, Clermont-Ferrand, Corse, Grenoble, Littoral Côte d'Opale, Montpellier, Nice Sophia-Antipolis, Perpignan, Pierre et Marie Curie, Polynésie Française, Sud Toulon-Var, Toulouse, Versailles-Saint Quentin ainsi que l'Ecole des Mines d'Alès, INP Toulouse et Grenoble INP, l'Ecole nationale supérieure des techniques avancées.