Physique du brouillard

Bien que les modèles numériques de prévision du temps soient capables de prévoir les situations favorables aux brouillards, ils ne prévoient pas à l’heure actuelle avec précision la localisation exacte et les heures de formation et de dissipation des brouillards locaux. Afin d’améliorer la prévision du brouillard, il est nécessaire d’améliorer notre connaissance des interactions complexes entre processus physiques au sein d’une couche de brouillard. Cette amélioration des connaissances sur le brouillard s’appuie à la fois sur l’analyse des observations faites lors de campagnes de mesures et sur des études de modélisation numérique.

L’occurrence, le développement et la dissipation du brouillard mettent en œuvre de multiples processus physiques (thermodynamique, radiatif, turbulent ou microphysique) qui interagissent entre eux de manière non linéaire. Pour améliorer le réalisme de la modélisation numérique, il est nécessaire de comprendre comment les processus physiques interagissent entre eux. Afin d’avancer dans cette compréhension, deux campagnes de mesures nommées ParisFog (Paris - France, hiver 2006-2007) et ToulouseFog (Toulouse - France, hiver 2007-2008) ont permis de construire une base de données très complète.

 Les campagne de mesures ParisFog et ToulouseFog

Afin de construire une base de données utilisable pour étudier l’ensemble des processus mis en jeu dans une couche de brouillard, un ensemble de capteurs passifs et actifs a été déployés près de Paris lors de l’hiver 2006-2007 et près de Toulouse lors de l’hiver 2007-2008. Ces observations ont permis de documenter les profils de vent, de température, d’humidité, de rayonnement, et de turbulence ainsi que les propriétés microphysiques et chimiques des aérosols et des gouttelettes d’eau. Ces deux campagnes de mesures ont permis de documenter plus de 200 évènements de brouillard et de brume. La base de données contient des évènements très contrastés comme des brouillards radiatifs, des affaissements de stratus mais également des situations jugées favorables au brouillard mais où le brouillard ne s’est pas formé. L’effet des aérosols hydratés sur la visibilité, le rôle des propriétés chimique et physique des aérosols sur l’activation des gouttelettes ainsi que l’effet de la turbulence sur le cycle de vie du brouillard sont des thèmes d’étude utilisant les données recueillies lors de ParisFog et ToulouseFog.

 Microphysique du brouillard

Des recherches sont menées sur les paramétrisations microphysiques afin de prendre en compte la spécificité du spectre granulométrique (taille des gouttelettes) du brouillard. Ces travaux s’appuient sur les données obtenues lors des campagnes de mesures ParisFog et ToulouseFog. Les résultats montrent une dépendance non triviale entre le nombre de particules d’aérosols et le brouillard. Ainsi, en atmosphère très fortement polluée, un brouillard dense (visibilité inférieure à 200m) a beaucoup de difficulté à se former, alors que les conditions de brumes (visibilité entre 1 et 5 kilomètres) sont très fréquentes (thèse de Jérome Rangognio).

 Large Eddy Simulations

Il existe au sein d’un couche de brouillard de très fort gradients horizontaux et verticaux. Afin de représenter précisément les interactions entre les processus physiques présents dans une couche de brouillard, il est nécessaire d’utiliser une résolution très fine. L’augmentation de la puissance de calcul permet l’utilisation en recherche de modèle 3D sophistiqué. Des simulations LES (Large Eddy Simulation) sont utilisées pour mieux comprendre les processus pilotant le cycle de vie d’une couche de brouillard. Ces simulations sont réalisées grâce au modèle Meso-NH avec une résolution horizontale de 2m et une résolution verticale de 1m et permettent d’étudier les hétérogénéités à petite échelle présentes dans une couche de brouillard.