ED Sciences et environnements
Impacts des hétérogénéités spatiales du paysage sur le microclimat.
par Myrtille GRULOIS (ISPA - Interaction Sol-Plante-Atmosphère)
Cette soutenance a lieu à 14h00 - Salle de conférence ISPA Bâtiment C1 INRAE 71 avenue Edouard Bourlaux 33140 Villenave d'Ornon
devant le jury composé de
- Sylvain DUPONT - Directeur de recherche - Université de Bordeaux - Directeur de these
- Fleur COUVREUX - Ingénieure en Chef des Ponts des Eaux et des Forêts - Météo-France - Rapporteur
- Anne VERHOEF - Professeure des universités - University of Reading - Rapporteur
- Laurent PERRET - Professeur - École Centrale de Nantes - Rapporteur
- Jérôme OGéE - Directeur de recherche - Université de Bordeaux - CoDirecteur de these
- Fabienne LOHOU - Professeure des universités - Université de Toulouse III - Examinateur
Les hétérogénéités des paysages mixtes agricoles-forestiers génèrent de fortes variations spatiales du microclimat (vent, température, humidité), avec des zones où les extrêmes estivaux, tels que les vagues de chaleur et les sécheresses, peuvent être atténués, protégeant ainsi les plantes et favorisant la biodiversité. Face à la fréquence et à l'intensité croissantes de ces phénomènes, il devient urgent de mieux comprendre le rôle joué par ces hétérogénéités paysagères sur le microclimat afin d'améliorer les modèles climatiques et d'accompagner les politiques d'agroécologie et de conservation. Afin d'évaluer les scénarios de gestion et d'identifier le rôle de chaque type d'hétérogénéité indépendamment des autres, il est nécessaire de combiner des mesures micrométéorologiques avec des simulations numériques à des échelles intégrant l'hétérogénéité paysagère d'intérêt ainsi que son impact sur la couche limite atmosphérique au-dessus. Dans le contexte des extrêmes estivaux, cela implique des domaines de calcul de plusieurs kilomètres en largeur et en hauteur, avec une résolution spatiale de quelques mètres pour représenter correctement les sources et puits de quantité de mouvement, de chaleur et d'humidité, et ainsi pouvoir résoudre les champs microclimatiques autour de l'hétérogénéité paysagère. Au cours de cette thèse, deux types d'hétérogénéité ont été étudiés : une transition culture–forêt (lisière) et un petit canyon (ou ravine) au sein d'un paysage forestier. À l'aide du modèle ARPS-MuSICA, qui couple (1) un modèle météorologique de type Large-Eddy Simulation, adapté aux échelles fines et simulant explicitement les structures turbulentes, et (2) un modèle multi-couches estimant les flux de masse (eau, CO2 ) et d'énergie dans les couverts forestiers et agricoles, nous avons simulé le microclimat et les structures turbulentes autour de ces deux types d'hétérogénéités paysagères, sous des conditions atmosphériques neutres à instables pour une journée d'été typique. Une expérimentation de terrain a été menée sur un site de lisière afin de comparer l'effet de lisière simulé avec des observations in situ. Les simulations ont permis de préciser pour la première fois l'impact de la stabilité thermique sur la micrométéorologie des écoulements en lisière, avec des conséquences sur le microclimat du sous-bois forestier ainsi que sur la micrométéorologie de la couche limite atmosphérique. Les mesures de terrain ont confirmé l'effet de transition de la lisière sur le microclimat du sous-bois, ainsi que certaines caractéristiques des écoulements simulés en lisière. Les simulations autour de la ravine forestière ont permis d'identifier une circulation induite par la topographie, à l'origine d'une diminution de la température du sous-bois du plateau vers le fond de la ravine. La taille et la forme de cette circulation, ainsi que l'amplitude de la baisse de température, se sont révélées fortement sensibles au type de végétation (chêne ou pin, avec ou sans sous-bois en régénération) à l'intérieur et autour de la ravine, ainsi qu'à l'intensité du vent. Dans l'ensemble, cette approche de modélisation offre un moyen d'améliorer la représentation des échanges surface–atmosphère au-dessus de surfaces hétérogènes dans les modèles climatiques. Elle permet de mieux comprendre les rôles respectifs des différentes hétérogénéités paysagères (changement de végétation, microtopographie) dans la variabilité du microclimat, et rend possible l'étude de différents scénarios de gestion territoriale afin d'atténuer les extrêmes climatiques dans un contexte appliqué d'agroécologie et de politiques de conservation.