Estimation quantitative des précipitations par radar dans les Alpes : identification des hydrométéores, du profil vertical, ajustement pluvio

Thèse en cours de Victoire Nzanzu Mwambala

Direction de thèse : Brice Boudevillain, Frédéric Cazenave et Ludovic Bouilloud

Résumé :
Cette thèse fait partie du projet de recherche RadAlp, qui vise à évaluer et à améliorer l’estimation quantitative des précipitations par radar dans un contexte montagneux, en présence de précipitations neigeuses et/ou fondantes dans le faisceau du radar. Le projet est motivé par le fait qu’une observation spatialisée des quantités de précipitations sur les massifs montagneux est cruciale à la fois pour la gestion des ressources en eau (hydroélectricité, tourisme, agriculture) et pour la gestion des risques (crues soudaines et autres risques gravitaires liés aux fortes précipitations), alors que les réseaux d’observation au sol ne sont pas suffisants pour capturer la grande variabilité spatio-temporelle des précipitations, encore plus marquée sur les reliefs.

Les radars météorologiques peuvent documenter cette variabilité à une échelle fine ( km², toutes les 5 minutes). Cependant, plusieurs difficultés persistent. D’abord, les précipitations neigeuses et/ou fondantes sont plus difficiles à estimer avec un radar que les précipitations sous forme liquide, en raison de la grande diversité de formes et de densités des particules glacées ou en cours de fonte, par rapport aux gouttes de pluie. Ensuite, dans les régions montagneuses, les radars météorologiques opérationnels en bande X sont installés à haute altitude (celui récemment installé près de Grenoble est situé à 1900 m), ce qui implique une mesure des précipitations au-dessus ou près de l’isotherme 0°C une grande partie de l’année. Le choix de la bande X, bien qu’il soit pertinent pour compléter la couverture nationale, rend plus difficile l’intégration de ces radars à configuration légère pour la production de la lame d’eau opérationnelle. Enfin, la dernière étape dans l’estimation des quantités de précipitations consiste en un ajustement avec les quantités observées par les pluviomètres. Cette opération d’ajustement nécessite d’être améliorée en zone de montagne, pour tenir compte de la forte variabilité spatiale et temporelle des précipitations.

L’objectif de la thèse est d’améliorer l’estimation quantitative des précipitations en utilisant des radars en bande X, notamment en zone de montagne, en profitant du dispositif d’observation complémentaire mis en place entre Grenoble et Chamrousse ces dernières années par l’Institut des Géosciences de l’Environnement. Il s’agit de : 1) caractériser les types et les densités d’hydrométéores (éléments clés pour les relations mentionnées ci-dessus), grâce aux vitesses verticales enregistrées par le Micro Rain Radar (MRR) et aux variables polarimétriques des radars météorologiques situés autour de Grenoble, afin de distinguer la pluie de la neige, puis les différents types de neige. 2) Evaluer la valeur ajoutée d’un radar en bande K à pointage vertical (MRR) et/ou de toute autre information complémentaire permettant l’amélioration de l’identification du profil vertical de réflectivité (PVR), information essentielle pour faire le lien entre les observations radar en altitude et l’estimation des précipitations au sol. 3) Enfin, la thèse vise à réfléchir aux stratégies d’observation nécessaires pour assurer une meilleure estimation des quantités de précipitations dans les vallées et sur les reliefs, en envisageant l’utilisation d’observations complémentaires et des ajustements pluviométriques spatialisés.