Thèse Modélisation à Fine Échelle des Processus de Formation des Forts Vents Associés aux Tempêtes Observées Lors de la Campagne de Mesures Nawdic. H/F - Institut National Polytechnique de Toulouse

Établissement : Institut National Polytechnique de Toulouse
École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace
Laboratoire de recherche : CNRM - Centre National de Recherches Météorologiques
Direction de la thèse : Didier RICARD ORCID 0000000273236300
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

Les tempêtes hivernales sont responsables de dégâts majeurs pouvant se compter en milliards d'euros. Si la trajectoire et l'intensité des tempêtes sont généralement bien comprises et anticipées à l'échelle synoptique, la prévision des vents extrêmes et des rafales de surface reste un défi. Ainsi, la récente tempête Goretti qui s'est formée début janvier 2026 dans l'Atlantique a atteint son maximum d'intensité au-dessus de la Manche avec des rafales atteignant 212 km/h. La formation de ces vents forts dépend de processus à fine échelle (convection, microphysique nuageuse, turbulence, interactions avec la surface) qui ne sont pas bien caractérisés dans les tempêtes et ont principalement été étudiés à l'aide de simulations numériques alors que très peu d'observations sont disponibles et que leur représentation dans les modèles est sujette à de grandes incertitudes.Ces conditions de formation des vents forts sont actuellement observées dans le cadre de la campagne de mesures internationale NAWDIC (North Atlantic Waveguide, Dry Intrusion, and Downstream Impact Campaign ; https://www.nawdic.kit.edu/) avec trois avions couvrant l'Atlantique Nord-Est en janvier-février 2026 dont l'ATR42 du SAFIRE (Service des Avions Français Instrumentés pour la Recherche en Environnement) basé à Shannon (Irlande). La charge utile de l'ATR42 comprend à la fois des mesures de télédétection et des mesures in situ des propriétés des aérosols, des nuages et des précipitations, ainsi que de la turbulence. L'avion transportera les plateformes RALI (Radar-Lidar) et PMA (Plateforme de Mesures Aéroportées) permettant de documenter à la fois la dynamique et la microphysique nuageuse dans les tempêtes. La campagne aéroportée est complétée par le déploiement en Bretagne d'instrumentation au sol pendant cet hiver. Celle-ci inclut quatre radars nuages BASTA, un lidar vapeur d'eau et un lidar vent, deux radars précipitations MRR et deux disdromètres. La synergie instrumentale permet d'acquérir un jeu de données unique avec des mesures de vent, de propriétés nuageuses et de propriétés de surface à l'arrivée du rail des dépressions Atlantique.

L'objectif de la thèse est de mieux comprendre la formation des vents de surface dans les tempêtes en utilisant la modélisation numérique avec une exploitation intensive des mesures de la campagne NAWDIC. En particulier, cette thèse contribuera à déterminer les processus permettant de transférer la quantité de mouvement vers le bas parmi les paramètres clés suivants : la stabilité statique, le cisaillement de vent, le refroidissement par évaporation, les flux de chaleur à la surface, et la rugosité de surface. Pour cela, des simulations numériques seront réalisées avec le Code Communautaire Méso-NH (http://mesonh.aero.obs-mip.fr/) pour des cas de tempêtes sélectionnés en visant une résolution hectométrique (en mode LES pour Large-Eddy Simulations). Elles seront réalisées sur un domaine suffisamment étendu pour inclure l'environnement synoptique. Ces simulations seront confrontées aux mesures issues des plateformes de télédétection aéroportées et au sol ainsi qu'aux données in-situ aéroportées. La représentation de la turbulence, notamment en lien avec la présence de structures cohérentes de couche limite, sera évaluée par rapport aux mesures des sondes in-situ aéroportées et du lidar vent déployé en Bretagne qui offre une résolution appropriée à la vérification des LES. Des expériences de sensibilité à certaines paramétrisations physiques seront menées en particulier pour évaluer l'apport d'une microphysique nuageuse à deux moment (schéma LIMA) et des processus de transport sous maille (schémas de turbulence et de convection peu profonde). Finalement, la thèse permettra de revisiter les diagnostics de rafales utilisés dans les modèles numériques.

Ces conditions de formation des vents forts sont actuellement observées dans le cadre de la campagne de mesures internationale NAWDIC (North Atlantic Waveguide, Dry Intrusion, and Downstream Impact Campaign ; https://www.nawdic.kit.edu/) avec trois avions couvrant l'Atlantique Nord-Est en janvier-février 2026 dont l'ATR42 du SAFIRE (Service des Avions Français Instrumentés pour la Recherche en Environnement) basé à Shannon (Irlande). La charge utile de l'ATR42 comprend à la fois des mesures de télédétection et des mesures in situ des propriétés des aérosols, des nuages et des précipitations, ainsi que de la turbulence. L'avion transportera les plateformes RALI (Radar-Lidar) et PMA (Plateforme de Mesures Aéroportées) permettant de documenter à la fois la dynamique et la microphysique nuageuse dans les tempêtes. La campagne aéroportée est complétée par le déploiement en Bretagne d'instrumentation au sol pendant cet hiver. La synergie instrumentale permet d'acquérir un jeu de données unique avec des mesures de vent, de propriétés nuageuses et de propriétés de surface à l'arrivée du rail des dépressions Atlantique.

L'objectif de la thèse est de mieux comprendre la formation des vents de surface dans les tempêtes en utilisant la modélisation numérique avec une exploitation intensive des mesures de la campagne NAWDIC. En particulier, cette thèse contribuera à déterminer les processus permettant de transférer la quantité de mouvement vers le bas parmi les paramètres clés suivants : la stabilité statique, le cisaillement de vent, le refroidissement par évaporation, les flux de chaleur à la surface, et la rugosité de surface.

Des simulations numériques seront réalisées avec le Code Communautaire Méso-NH (http://mesonh.aero.obs-mip.fr/) pour des cas de tempêtes sélectionnés en visant une résolution hectométrique (en mode LES pour Large-Eddy Simulations). Elles seront réalisées sur un domaine suffisamment étendu pour inclure l'environnement synoptique. Ces simulations seront confrontées aux mesures issues des plateformes de télédétection aéroportées et au sol ainsi qu'aux données in-situ aéroportées. La représentation de la turbulence, notamment en lien avec la présence de structures cohérentes de couche limite, sera évaluée par rapport aux mesures des sondes in-situ aéroportées et du lidar vent déployé en Bretagne qui offre une résolution appropriée à la vérification des LES.

Profil recherché :
- Master 2 (ou équivalent) en météorologie, océanographie, physique ou mathématiques.
- Connaissances en physique de l'atmosphère et en modélisation numérique
- bonnes capacités en communications orales et écrites en anglais
- capacité à travailler en équipe