L’équipe MEIGE a une décennie d’expérience de mesures in situ de turbulence atmosphérique en montagne (2012, 2015, 2019, 2023). La zone d’étude, sur une pente alpine régulière du massif de Belledonne, est le siège de vents catabatiques nocturnes suffisamment homogènes pour constituer une soufflerie gravitaire naturelle idéale pour l’analyse des processus. Ces campagnes de mesure sont complétées par la préparation d’une campagne d’observation de météorologie de montagne dans les alpes européennes dans le cadre du projet TEAMx (catabatiques nocturnes en Autriche hiver 2025 puis anabatiques diurnes en Italie été 2025) https://www.teamx-programme.org/projects/CoCaInn. Les premières données de mesures de vents catabatiques sur pente alpine effectuées en 2012 (thèse S Blein 2016) ont été réanalysées en 2019. On montre à partir de l’analyse séparée des flux turbulents de chaleur le long de la pente et perpendiculaire à la pente que les effets de flottabilité peuvent être source ou puits d’énergie cinétique turbulente dans le bilan de TKE, contrairement à ce qui est classiquement considéré dans la théorie de Monin-Obukhov de couche limite stratifiée sur sol plat (Zilitinkevich 2013). On se focalise également sur l’anisotropie de la turbulence en comparant la région de couche limite turbulente en dessous du maximum du jet catabatique de la région de couche de mélange en dessus du maximum. Les travaux théoriques de Bradshaw (1969) pour proposer une analogie des effets de courbure et de stratification thermique sur les propriétés de mélange des jets catabatiques sur pente permettent ici un nouveau regard sur l’effet croisé du bilan de TKE et de tension de Reynolds à travers un nombre de Richardson de flux et un nombre de Richardson de cisaillement turbulent. On s’intéresse également à la modélisation des effets de la stratification et du refroidissement en paroi sur le comportement des lois de couche limite turbulente. Les mesures in situ effectuées sur les pentes alpines du massif de Belledonne en 2019 puis 2023 ont permis de caractériser les profils de vitesse et de flux turbulents dans la zone de proche paroi pour le cas de vent catabatique. On observe que la loi logarithmique classique en couche limite neutre est bien retrouvée, cependant la dernière campagne de mesure (thèse C. Charrondière 2021) met clairement en évidence une croissance linéaire des flux turbulents à la paroi, alors que la théorie de couche limite suppose des flux de quantité de mouvement constants. Ces résultats sont confirmés théoriquement lorsqu’on prend en compte le refroidissement en paroi et son rôle de forçage dans l’approximation de Boussinesq sur la couche limite sur pente. On s’intéresse enfin au développement spatial du jet catabatique sur pente forte afin de proposer des lois de similitude de vitesse et d’entrainement et de flottabilité. On se focalise également sur les lois de mélange et les propriétés d’efficacité de mélange au sein du jet catabatique.
Figure : Mesures de turbulence dans les vents catabatiques sur des pentes alpines fortes dans le massif de Belledonne. Campagne hiver 2019.
Références
C. Charrondiere, C. Brun, J.E. Sicart, J.M. Cohard, R. Biron, S. Blein. (2020) ‘Buoyancy Effects in the Turbulence Kinetic Energy Budget and Reynolds Stress Budget for a Katabatic jet over a Steep Alpine Slope’. Boundary Layer Meteorology 177,97-122
Charrondière, C., Brun, C., Cohard, J.-M., J.E. Sicart, J.M. Cohard, R. Biron Coulaud, C., Guyard, H. (2022) Katabatic Winds over Steep Slopes : Overview of a Field Experiment Designed to Investigate Slope-Normal Velocity and Near-Surface Turbulence. Boundary Layer Meteorology
C. Charrondiere, C. Brun, E.J. Hopfinger, J.M. Cohard, J.E. Sicart (2022) ‘Mean flow structure of katabatic winds and turbulent mixing properties’, Journal of Fluid and Mechanics Volume 941, A11
C. Charrondière (PhD UGA 2021) : Mesures in situ et modélisation de la turbulence dans le vent catabatique sur pente alpine forte en situation anticyclonique stable.
Brun C., Charrondière C., Cohard J-M, Sicart J-E, Coulaud C., & Biron R., (2022) Data from the field experiment on katabatic winds on a steep slope (Grand Colon, French Alps), February 2019 (Version 0) [Data set]. Zenodo. https://doi.org/10.5281/zenodo.6546702
