Soutenance mémoire
La période et les lieux de formation
Les régions propices aux formations de systèmes sont celles déterminées par la position de la Zone de Convergence intertropicale (ZIC ou ZCIT) qui change suivant les mois de l’année. Ainsi au mois de janvier elle se trouve plus au sud (ex : passe par l’Australie) alors qu’au mois de juin elle remonte vers le nord (ex : passe par Taiwan) C’est ainsi, en été ou en hiver suivant l’Hémisphère, que l’on trouve réalisées les conditions nécessaires pour se voir développer des cyclones, ouragans et typhons :
dans l’hémisphère Nord la période est comprise entre juin et novembre ;
dans l’hémisphère Sud la période est comprise entre novembre et mai.
Les 2 Hémisphères sont ainsi concernés par les cyclones, ouragans et typhons qui sont répartis sur 7 bassins océaniques qui sont gérées par 11 centres météos spécialisés :
Hémisphère Nord :
o Bassin Océan Indien Nord : de 45°est à 100°Est (4) ;
o Bassin Pacifique Nord-Ouest : de 100°Est à 180°Est (5) ;
o Bassin Pacifique Nord-Est : de 180°Ouest à 100°Ouest (1) ;
o Bassin Atlantique nord : de 100°Ouest à 20°Ouest (2).
Hémisphère Sud :
o – Bassin Océan Indien Sud-Ouest : de 40°Est à 90°Est (3) ;
o – Bassin Océan Indien Sud-Est : de 90°Est à 135°Est (6) ;
o – Bassin Pacifique Sud : de 135°Est à 90°Ouest (7)
Les cyclones tropicaux et Madagascar
De nombreuses études (e.g. Gray 1975 ; Mc Bride 1995) ont démontré que les conditions climatiques suivantes favorisent la formation des cyclones tropicaux : (i) surface de la mer ayant une température chaude (> 26 °C) ; (ii) vent de basse motricité verticale ; et (iii) vent à tourbillonnement important et à grande échelle dans la couche la plus basse de la troposphère. La distance à partir de l’Equateur, qui devrait se situer { plus de 550 km, intervient également dans la formation des cyclones tropicaux. La position géographique de Madagascar la rend vulnérable aux menaces régulières des cyclones tropicaux; l’île se dresse exactement sur la trajectoire privilégiée de ces catastrophes naturelles. Ces dépressions circulaires entrainent des vents et des pluies extrêmement violents, il en résulte de nombreux dégâts aussi en termes de vies humaines que sur l’économie nationale. Chaque année, le pays est malencontreusement un champ de bataille des cyclones se formant dans le bassin du Sud-est de l’Océan Indien. En effet, les cyclones qui touchent la grande île prennent naissance soit dans l’Océan Indien, soit dans le Canal de Mozambique. En moyenne, 3 ou 4 sur la dizaine de cyclones qui s’y forment, touchent le pays au cours de la saison cyclonique englobant les mois de Novembre en Avril de l’année ; les plus intenses atteignent Madagascar aux mois de Janvier et Février. A cause du réchauffement climatique, le nombre de cyclones qui touchent Madagascar reste stable, tandis que la fréquence des cyclones de plus en plus intenses croît considérablement En somme, bien que le nombre de cyclones touchant annuellement le pays (toutes intensités confondues) n’aient pas changé ces 25 dernières années, le nombre de cyclones intenses touchant Madagascar a nettement augmenté de 1994 à 2005, une tendance qui se retrouve également dans le bassin du sud de l’Océan Indien. L’impact sur les systèmes humains et les écosystèmes sont lourds, étant donné que ces systèmes subissent de nombreuses pressions qui sont aggravées par les crises sociopolitiques internes et la crise financière internationale. [09] Madagascar malgré des ressources naturelles importantes est devenu au cours du dernier quart de siècle, un des pays les plus pauvres de la planète. De nombreuses pathologies tropicales ont fait leur réapparition : paludisme à Plasmodium falciparum de transmission pérenne sur la côte avec renforcement pendant la saison des pluies, lèpre, peste, bilharziose, charbon, rage. Associées au manque général d’hygiène, à la baisse continue du niveau de vie, à la malnutrition et à la faiblesse des structures sanitaires tant préventives que curatives, ces pathologies rendent compte de forts taux de mortalité et d’une espérance de vie faible. Dans les zones côtières, les pathologies infantiles connaissent une forte recrudescence pendant la saison cyclonique, aggravées par la malnutrition chronique due à la destruction des cultures et des réserves de vivres. La riziculture est traditionnelle avec deux récoltes par an. Exportateur de riz et de viande dans le passé, le pays est aujourd’hui tributaire d’une aide alimentaire extérieure et souffre d’une intense déforestation, source de désertification. Or la saison cyclonique frappe le pays pendant le repiquage du riz obérant ainsi pendant plusieurs mois jusqu’à la récolte suivante, la production de riz, base de l’alimentation. La destruction des bananiers et des manguiers ainsi que des potagers, aggrave la carence alimentaire en vitamines, minéraux et oligo-éléments. Les accès depuis les plateaux centraux sont en général longs et difficiles: routes et pistes depuis Antananarivo, peu d’aéroports et de ports. Aucune norme de construction anticyclonique n’est en vigueur (toitures renforcées, volets spéciaux, systèmes d’alimentation d’eau et d’électricité individuels). Les infrastructures privées et administratives sont souvent vétustes, les bâtiments sont le plus souvent recouverts de vieilles tôles rouillées. Les communications reposent sur le téléphone, les B.L.U. de la gendarmerie, des travaux publics et des grosses sociétés. Les indicateurs socio-économiques de Madagascar sont donc ceux d’un pays à forte croissance démographique, à faible niveau de santé, essentiellement rural et à la population éloignée des centres de soins. [09] Ce chapitre a permis d’exposer brièvement le climat général de Madagascar. Et aussi les régions climatiques dans notre pays qui subissent des changements selon leur position. Et enfin, ce qu’est un cyclone tropical théoriquement et pratiquement.
LES MODELES DE PREVISION NUMERIQUE EN MATIERE CYCLONIQUE :
La prévision fournie dans les différents messages du centre spécialisé de Miami dite « official forecast » provient de différentes sources. Le prévisionniste responsable compare les différents scénarios bâtis par ces modèles, à partir de son expérience : il s’agit de l’expertise humaine. Les modèles numériques de trajectoire cyclonique utilisés sont de plusieurs types :
Le modèle statistique : ces prévisions se basent sur la répétitivité dans l’espace et dans le temps des trajectoires des cyclones. Il s’agit du domaine de la climatologie et de l’analogie. Les météorologistes recherchent dans les bases de données, les cyclones anciens ayant des caractéristiques semblables avec le cyclone étudié. Ces critères sont la position, le déplacement, la saison ainsi que son évolutions : par conséquent son comportement. Ces modèles se nomment CLIPER. CLI pour la climatologie, PER pour la persistance du comportement analysé durant les 12 dernières heures. Le modèle MOCCANA est de ce type pour la Réunion et les Antilles ;
Le modèle dynamique : le principe consiste à analyser le cyclone dans sa seule réalité météorologique du moment. L’environnement du cyclone est déterminé en fonction des vents, des températures, de l’humidité, de la pression atmosphérique, de la vitesse initiale ainsi que d’autres paramètres. De plus, le flux directeur issu d’une combinaison des flux analysés et { différentes altitudes est recherché. Il y a plusieurs modèles numériques pour la prévision. Les modèles globaux et les modèles à maille fine. Les modèles AVN et NOGAPS (Naval Operational Global Atmospheric Prediction System) sont des modèles globaux. Les modèles à maille fine sont plus précis que les globaux qui ont une maille supérieure { 100 km. Les modèles { maille fine servent { déterminer l’évolution de ce flux. Il y a comme modèles types l’AVN/MRF ((Medium Range Forecast). De plus, d’autres modèles dynamiques sont mis en place à partir des deux principaux modèles. Le modèles « barotrope » est un modèle dérivé il s’agit d’une version simplifiée d’un cyclone dont LBAR (Limited area BARotropic) fait partie. Il y a le modèle « barocline » comme le modèle QLM pour Quasi-Lagrangian Model, ainsi que le modèle GFDL (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory) pour Laboratoire Géophysique de Dynamique des Fluides ;
Le modèle statistico-dynamique : il s’agit d’un modèle qui relie les avantages des deux types précédents, c’est le modèle NHC90 qui est actuellement utilisé. Le principe consiste à associer la statistique par analogie aux comportements des cyclones étudiés ainsi que l’aspect dynamique qui prend en compte les différents aspects de l’environnement météorologique. Il permet de prévoir l’état d’un cyclone à des échéances entre 6 et 72 heures. Il s’agit de modèles de bonne qualité qui ont fait leurs preuves ces dernières années. Chacun a son modèle de prévision de cyclones. En effet, le Centre National américain de Washington a développé son propre modèle tout comme le Centre Européen pour les Prévisions Météorologiques { Moyen Terme. L’Office Météorologique Britannique continue de perfectionner le sien malgré qu’il soit déjà très performant. C’est le même que pour Météo-France et pour les prévisionnistes de Miami de NHC (National Hurrican Center). Toutefois l’Agence Météorologique Japonaise utilise un modèle spectral de portée mondial pour le déplacement des cyclones. Les modèles de prévision d’intensité cyclonique sont moins utilisés car ils sont moins performants que les précédents. Le NHC de Miami se sert des modèles SHIPS (Statistical Hurricane Intensity Prediction Scheme) et SHIFFOR (Statistical Hurricane Intensity FORecast) car ils donnent des résultats parfois corrects. Cependant la prévision de l’intensité des cyclones Georges en 1998 et Debby en 2000 n’était pas la même. Il y a encore des progrès à réaliser dans ce domaine. Comme conclusion de ce chapitre, la prévision numérique en matière des cyclones tropicaux est très utile dans l’étude numérique des phénomènes à grande échelle. Ceci rend facile les travaux d’un ingénieur car les zones de basse pression vont être traité de manière simple.
Le vent
Le vent est un paramètre météorologique primordial pour la compréhension de l’atmosphère qui nous entoure. Sa mesure intéresse le météorologue . Le vent naît sous l’effet des différences de températures et de pression. La pression sur la mer est haute si de l’air lourd et froid descend et elle est basse si de l’air chaud et léger monte. L’air chaud (plus léger) monte naturellement dans les couches hautes de l’atmosphère pour y créer une zone de basse pression « L ». Cependant, l’air chaud attire à lui une autre masse d’air: la zone de haute pression. C’est de cette différence de pression entre les deux masses d’air qu’origine le vent. Tout simplement parce que l’air contenu dans la « H » a naturellement tendance à s’engouffrer dans la « L » qui la voisine. L’air qui bouge, c’est le vent. Le vent est un flux d’air que l’on peut représenter comme la grande roue d’une fête foraine: l’air chaud et léger monte, l’air froid et lourd descend. Le mouvement de l’air, comme de la grande roue, est circulaire. C’est un mouvement perpétuel: l’air monte et descend, il se réchauffe et se refroidit. Ces mouvements de vent peuvent causer beaucoup des dégâts surtout pendant le passage d’un œil d’un cyclone. On s’aperçoit bien dans les figures qui suivent que selon l’échelle de couleur, le vent du cyclone de notre étude varie de 35m/s { 60m/s ce qui prouve que le cyclone Giovanna est un cyclone très. Pour les directions de ce vent, il existe ici une grande variation due { la topographie de l’Île ainsi qu’{ la pression atmosphérique sur terre. D’après les figures ci-dessous, la simulation montre bien que le vent autour du cyclone tourne dans le sens de l’aiguille du montre et a pour direction Ouest, ce qui prouve que la côte Centre Est est frappé par un vent cyclonique de vitesse maximale. On voit bien aussi que cette partie de vent appartient aux bandes spiralées du systtème cyclonique.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
PREMIERE PARTIE : CADRE THEORIQUE
Chapitre I : LE CLIMAT DE MADAGASCAR
I.1. APERCU GENERAL DU CLIMAT DE MADAGASCAR
I.1.1. Définition du climat
I.1.2. Le climat de Madagascar
I.1.3. Le changement climatique à Madagascar
I.2. LES REGIONS CLIMATIQUES A MADAGASCAR
I.3. LES CYCLONES TROPICAUX
I.3.1. Définition d’un cyclone
I.3.2. La classification des systèmes
I.3.3. La structure générale
I.3.4. La formation et les conditions
I.3.4.1. L’atmosphère type
I.3.4.2. Les conditions de formation
I.3.5. La période et les lieux de formation
I.3.6. Les centres météo spécialisés
I.3.7. La trajectoire générale
I.3.8. Les images satellites
I.3.9. Les cyclones tropicaux et Madagascar
Chapitre II : BASES THEORIQUES DE L’ANALYSE D’IMPACT CYCLONIQUE
II.1. LE VENT CYCLONIQUE
II.1.1. Définitions
II.1.2. La formation du vent
II.1.3. La distribution du vent dans un cyclone
II.1.4. Les manifestations du vent dans un cyclone
II.2. LES PRECIPITATIONS ASSOCIEES AUX CYCLONES
II.2.1. Définitions, mécanisme et types
II.2.1.1. Définitions et rappels de météorologie
II.2.1.2. Mécanisme de la formation des précipitations
II.2.1.3. Les type de pluie
II.2.2. Les manifestations des précipitations dans un cyclone
II.3. L’ONDE DE TEMPETE OU STORM SURGE
II.3.1. Définition
II.3.2. Mécanisme
II.3.2.1. Le vent
II.3.2.2. La pression centrale
II.3.2.3. La rotation de la Terre
II.3.2.4. La profondeur du fond marin
II.3.2.5. L’onde de marée
II.3.3. La prévision
II.3.4. Le potentiel
II.4. L’OCEAN INDIEN SUD-OUEST
II.4.1. Généralités
II.4.2. Le bassin Océan Indien Sud-Ouest
DEUXIEME PARTIE : LA PREVISION NUMERIQUE EN MATIERE DES CYCLONES TROPICAUX, LE MODELE WRF
Chapitre I : LA PREVISION NUMERIQUE EN MATIERE DES CYCLONES TROPICAUX
I.1. LES METHODES NUMERIQUE DE PREVISION
I.1.1. Généralités
I.1.2. Le principe de la prévision numérique
I.2. LA PREVISION EN MATIERE DE CYCLONE
I.2.1. Le prévision des trajectoires et d’intensités
I.3. LES MODELES DE PREVISION NUMERIQUE EN MATIERE CYCLONIQUE
Chapitre II: LE MODÈLE WEATHER RESEARCH AND FORECASTING
II.1. LE MODELE NUMERIQUE DE RECHERCHE WRF
II.2. LES EQUATIONS REGISSANTES
II.2.1. Les coordonnées verticales et ses variables
II.2.2. Les équations de flux d’Euler
II.2.3. Les équations d’humidité
II.2.4. Les systèmes de projection
II.2.5. Les équations régissantes sous forme perturbée
II.3. LES DISCRETISATIONS
II.3.1. La discrétisation temporelle
II.3.2. la discrétisation spatiale
II.4. LES CONDITIONS INITIALES ET LES CONDITIONS AUX LIMITES
II.4.1. Les conditions initiales
II.4.2. les conditions aux frontières latérales
II.5. LA MISE EN ŒUVRE DU MODELE WRF-ARW
II.5.1. Les modules du WRF
II.5.2. WPS
II.5.3. WRF-VAR
II.5.4. Les noyau ARW
II.5.5. Graphiques et outils de visualisation
II.5.6. Emboitement
TROISIEME PARTIE : APPLICATIONS, RESULTATS ET ANALYSE D’IMPACT
Chapitre I : LA CONFIGURATION DU MODÈLE WRF (WEATHER RESEARCH AND FORECASTING)
I.1. L’ENVIRONNEMENT DU LOGICIEL
I.1.1. Le compilateur et le langage de programmation demandé
I.1.2. Les bibliothèques optionnelles
I.2. LES DOMAINES DE CALCUL
I.3. LES DONNEES DU MODELE ARW
I.3.1. Les données géographiques
I.3.2. Les données météorologiques
I.4. LE DEPLOIEMENT DES MODULES DU MODELE ARW
I.4.1. Le module WPS
I.4.1.1. Etape 1 : Définir des domaines du modèle avec geogrid
I.4.1.2. Etape 2: Extraire des champs météorologiques GRIB avec « ungrid »
I.4.1.3. Etape 3 : Interpoler horizontalement des données météorologiques aux domaines avec « metgrib »
I.4.2. Le module ARW
I.5. RESUME DE L’ETAPE DE LA SIMULATION
Chapitre II : RESULTATS, INTERPRETATIONS ET ANALYSE D’IMPACT
II.1. DESCRIPTION DU CYCLONE TROPICAL INTENSE GIOVANNA
II.1.1. Histoire météorologique
II.1.2. Tableau résumant l’évoltion ducyclone tropical GIOVANNA
II.1.3. Identité du système
II.1.4. Trajectoire du cyclone tropical GIOVANNA
II.2. RESULTATS ET INTERPRETATIONS
II.2.1. La pression au niveau de la mer ou SLP et la température au niveau de la mer
II.2.1.1. La pression au niveau de la mer ou SLP
II.2.1.2. La temperature au niveau de la mer ou SLP
II.2.2. Le vent
II.2.3. La vapeur d’eau
II.2.4. Les précipitations
II.3. L’ANALYSE D’IMPACT DU CYCLONE GIOVANNA
II.3.1. Le vent violent
II.3.1.1. Le modèle d’évaluation
II.3.1.2. L’analyse d’impact du vent violent
II.3.1.3. Modèle d’alerte pour le vitesse de vent
II.3.2. La forte pluie
II.3.1.1. Le modèle d’évaluation
II.3.1.2. L’analyse d’impact de la forte pluie
II.3.1.3. Modèle d’alerte pou la pluie
II.3.2. L’onde de tempête
II.3.1.1. Le modèle d’évaluation
II.3.1.2. L’analyse d’impact des ondes de tempête
II.3.1.3. Modèle d’alerte de tempête
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIES
WEBOGRAPHIES
LISTE DES ANNEXES
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