«Etablissement de cartes de vent sur le pourtour méditerranéen par simulation numérique» Régime de vent n 1 Zone continentale

Transcription

1 «Etablissement de cartes de vent sur le pourtour méditerranéen par simulation numérique» Régime de vent n 1 Zone continentale Pour l OFFICE NATIONAL DES FORETS Direction Territoriale Méditerranée 46, avenue Paul Cezanne, 0 Aix-en-Provence cedex 02 Octobre 2003

2 Tables des Matières 1. INTRODUCTION DESCRIPTION TECHNIQUE PREAMBULE : DESCRIPTION DES VENTS CONCERNES PAR CETTE ETUDE MODELE GEOMETRIQUE NUMERIQUE DE LA ZONE D ETUDE CONDITIONS D ECOULEMENT RESULTATS

3 1. Introduction La Direction Territoriale Méditerranée de l Office Nationale des Forêts souhaitait connaître l aérologie l'aérologie des zones identifiées comme étant à risque incendie élevé sur le pourtour Méditerranéen Français (ces zones sont présentées dans la figure 1-1). Figure 1-1: Carte de risque incendie ONF La Société OPTIFLOW, spécialisée dans la simulation numérique d'écoulements de basse atmosphère au-dessus de sites naturels, a donc reproduit numériquement les écoulements de vent générés au-dessus de ces sites et en a retiré toutes les informations permettant de les caractériser. Dans ce rapport sont fournis des cartographies de vitesse du vent relative au type de vent étudié (vitesse et direction). 3

4 2. Description Technique 2.1. Préambule : Description des vents concernés par cette étude Cette étude concerne le pourtour méditerranéen français et plus particulièrement les régions identifiées à risque très fort, fort et éventuellement moyen par l ONF (figure 1-1). L objet de ce paragraphe est la description des vents de régime Nord-Nord/Ouest susceptibles de s établir sur ces zones en période estivale. Cette présentation est basée sur des données fournies par Météo- France. Lors de la création d une zone de dépression sur le golfe de Gênes, cette dernière s accompagne de l établissement quasi-simultané de plusieurs vents : Le Mistral : vent violent dévallant de la vallée du Rhône puis gagnant l Est du golfe du Lion et la Provence. Sur l Est de la Provence, il s oriente au secteur Nord-Ouest. Il peut également s étendre à l Est du Languedoc où il prend une direction Nord-Nord-Est. Dans le cas de fort resserrement des isobares, il peut s étendre jusqu à la forntière italienne. La Tramotane (ou Cers) : vent de Nord-Ouest violent soufflant sur le Roussillon, le Languedoc et l Ouest du golfe du Lion. Le Libeccio : vent d Ouest à Sud-Ouest soufflant sur la Corse. Il est souvent violent sur la Balagne, le Cap-Corse et dans les Bouches de Bonifacio. Il peut précéder les vents présentés ci-dessus. Lorsque la dépression se comble partiellement et que la hausse de pression est généralisée, le Mistral et la Tramontane soufflent toujours sans relache, le Libeccio se limite au sud de la Corse et, entre cette dernière et la Provence s établit alors le Grégou-du-large, vent de Nord Est, qui, bien que concernant pricipalement le large, peut atteindre sur les hauteurs du Massif des Maures et l Esterel. Les zones soumises à ces vents sont approximativement présentées, dans la carte de la figure 2-1. L ensemble de l étude réalisée par la Société OPTIFLOW pour le compte de l ONF concerne les régimes de vent les plus fréquents apparaissant dans la période estivale. Ces régimes sont les suivants : Régime n 1 : Mistral (limité à l Ouest de Toulon) + Tramontane + Libeccio Régime n 2 : Mistral (jusqu à la frontière italienne) 4

5 Tramontale Mistral Libeccio Grégou du large Figure 2-1: Régions soumises au vent de Nord-Nord-Ouest L étude du régime d écoulement n 1 sur la Corse a déjà fait l objet de la rédaction d un rapport (OPTIFLOW-ONF_P-03-01b au mois de juillet 2003). Ce rapport est relatif à la partie de l étude consacrée au régime d écoulement n 1 sur la zone continentale. La zone de traitement du régime d écoulement n 1 sur les régions identifiées à risque très fort, fort et éventuellement moyen par l ONF est présentée dans la figure suivante. 5

6 Zone d étude régime n 1 Figure 2-2: Domaine d étude relatif au régime de vent n Modèle géométrique numérique de la zone d étude La zone d étude est trop vaste pour être traitée entièrement en une seule fois. Elle a donc été décomposée en une dizainze de sous-domaines de calculs. Ces domaines ont des surfaces projetées au sol rectangulaires et sont présentés au sein de la figure 2-3. Ce découpage a été élaboré en fonction de la forme du site, de sa topographie, des emplacements des stations météorologiques et de la résolution utilisée. L écoulement est reproduit dans chaque sous-domaine de calcul suivant la direction suivie par ce dernier. Pour le régime de vent étudié ici, les simulations seront réalisées en premier lieu dans les sous domaines situés à l Ouest de la zone d étude puis au fur et à mesure vers celle situées plus à l Est de ce dernier. Il est ainsi possible de se servir des conditions obtenues dans un sous-domaine pour la simulation numérique relative au sous-domaine suivant (par rapport au vent) avec lequel il est connecté. La topographie de la zone d étude a été reproduite avec une résolution de 0 m à partir d un modèle numérique de terrain (BD Alti au format DIS de l Institut Géographique National (IGN)) au pas de 50m fourni par l ONF. La géométrie obtenue à partir de ce modèle est présentée dans la figure 2-3. Le pas d espace de 0m est utilisé pour la reproduction de la topographie du site et l exploitation des résultats. La présence de micro-éléments topographiques d étendue inférieure 6

7 à ce pas sera donc susceptible d être ignorée lors de la représentation du site et donc dans les calculs. Pour ces raisons, il est important de noter que, bien que les simulations effectuées dans cette étude permettent de mettre en évidence des grands mouvements aérauliques à l échelle de massifs, elles devront être suivies de simulations réalisées sur des sites plus petits avec une résolution plus fine (au maximum 50m) dans le cas de besoin de données aérauliques locales précises (par exemple pour les besoins de Plans de Prévention des Risques). Ces «zooms» pourront alors s appuyer sur les données issues des simulations réalisées dans cette étude. Domaine n Domaine n 7 Domaine n 5 Domaine n 4 Domaine n 6 omaine n 3 Domaine n 2 Domaine n 1 Domaine n Domaine n Figure 2-3: Découpage et topographie de la zone d'étude L occupation du sol du site étudié (végétation, urbanisation) a été fournie par l ONF par le biais de fichiers numériques provenant des bases de données Cover-Land de L Institut Francais de l Environnement pour la région Languedoc-Roussillon et les bases de données Corine- Landcover pour la région Provence-Alpes-Côtes d Azur. Les différents types de végétation fournis par ces fichiers ont été regroupés en catégories permettant d associer les végétaux en fonction de leur influence sur l aérologie d un site. Ces catégories sont : 7

8 Landes, maquis Bocage Forêts fermées Surfaces herbacées Terrains nus Surfaces en eau Autres (herbacées, cultures) Figure 2-4: Découpage et occupation du sol de la zone d'étude Ces données végétales ont été ensuite transformées de sorte à ce que seules les grandes zones de végétation homogènes soient conservées et que les petits «îlots» de végétation disparate soient enlevés. En effet, il est important de garder à l esprit que la végétation est susceptible de transformer la structure de l écoulement généré au-dessus d un site uniquement lorsqu elle agit sur une étendue importante et que des petites parcelles de végétation différente n auront que des effets extrêmement locaux sur cet écoulement. L'urbanisation du site d'étude a également été prise en compte à partir des mêmes procédés. Les zones relatives à deux types d urbanisation sont considérées :

9 les zones urbaines (centre des villes) les zones semi-urbaines (banlieues) La végétation et l urbanisation présentes sur cette zone ont alors été modélisées, dans les calculs, par l'intermédiaire de rugosités de surface. Les caractéristiques nécessaires à cette modélisation ont été fixées à partir des tableaux de correspondance proposés dans la littérature scientifique. La figure 2-4 présente l occupation du sol sur l ensemble de la zone d étude et les figures 2-5 à 2- presentent des zooms de cette carte ainsi que de celle relative à la topographie (2-3) sur chacun des dix sous-domaines de calcul.

10 v Figure 2-5: Topographie et occupation du sol du domaine de calcul n 1

11 Figure 2-6: Topographie et occupation du sol du domaine de calcul n 2

12 Figure 2-7: Topographie et occupation du sol du domaine de calcul n 3

13 Figure 2-: Topographie et occupation du sol du domaine de calcul n 4

14 Figure 2-: Topographie et occupation du sol du domaine de calcul n 5

15 Figure 2-: Topographie et occupation du sol du domaine de calcul n 6

16 Figure 2-: Topographie et occupation du sol du domaine de calcul n 7

17 Figure 2-: Topographie et occupation du sol du domaine de calcul n

18 Figure 2-: Topographie et occupation du sol du domaine de calcul n 1

19 Figure 2-: Topographie et occupation du sol du domaine de calcul n

20 2.3. Conditions d écoulement La Société OPTIFLOW a sollicité la Société METEO-FRANCE afin d obtenir des données de vent caractéristiques du régime considéré dans cette étude. L objectif était d obtenir une «photo» représentative des données météorologiques à toutes les stations présentes sur le site d étude pour ce régime de vent. La Société METEO-FRANCE a donc selectionné, sur les périodes estivales des trois dernières années, cinq journées pendant lesquelles le vent était important dans les parties Ouest et centrale du pourtour méditerranéen tout étant quasiment nul à l Est de ce dernier et a transmis à la Société OPTIFLOW les données horaires (vitesse et direction moyennes du vent sur les dix dernières minutes de chaque heure) relatives à ces journées en une trentaine de stations météorologiques dispersées sur la zone d étude. Les dates selectionnées sont le 06 juin 2000, le 05 aout 2000, le 24 juin 2002, le 26 juillet 2002 et le 01 septembre La Société OPTIFLOW a donc entrepris de traiter ces données afin d établir une «photo» utilisable pour déterminer les conditions d écoulement imposées lors des simulations. Le but de ce traitement était d obtenir des données les plus représentatives du comportement moyen du vent pour le régime de vent étudié. Pour garantir cet état moyen, il était donc nécessaire d exclure les mesures ponctuelles traduisant un comportement local aléatoire du vent trop éloigné de cet état. Il a donc été choisi de ne conserver que les données relatives aux mesures effectuées entre et heures. En effet, les résultats correspondants aux horaires noctures montraient une baisse importante des vitesses du vent pour les jours selectionnés et altéraient l uniformité des données receuillies. De la même façon les mesures relatives aux journées du 24 juin et du 26 juillet 2003 présentent des fluctuations importantes de la direction de vent suivant l heure de la journée. Il semble que, lors de ces journées, le vent ne se soit pas complètement stabilisé suivant le régime considéré pour cette étude. Ainsi, l obtention des valeurs des vitesses et des directions moyennes du vent représentatif de l état moyen du vent associé à ce régime en chacune des stations météorologiques s appuie sur la moyenne des données relatives aux heures diurnes des journées du 06 juin 2000, du 05 aout 2000 et du 01 septembre Les figures 4-1, 4-2 et 4-3 présentent les données receuillies auprès de la Société METEO- FRANCE ainsi que les moyennes obtenues respectivement en conservant les mesures de l ensemble des journées selectionnées par cette dernière (Moy) et en ne conservant que celles plus représentatives du régime étudié évoquées ci-dessus (Moy 2). 20

21 EUS STPAULFENOUIL MOUTHOUMET CAUNES CAP BEAR MURVIELBEZIERS SETE ROCBLANC LAQUILLE LEUCATE Vitesse (m/s) 1 Moy Moy 2 06/06/00 05/0/00 24/06/02 26/07/02 01/0/02 Mesure EUS STPAULFENOUIL MOUTHOUMET CAUNES CAP BEAR MURVIELBEZIERS SETE ROCBLANC LAQUILLE LEUCATE Direction Moy Moy 2 06/06/00 05/0/00 24/06/02 26/07/02 01/0/02 Mesure Figure 2-: Vitesse et direction moyennes du vent relevées aux stations météorogiques situées à l'ouest de la zone d'étude 21

22 VILLEVIEILLE MEJANNES NIMES-GARONS STESMARIES STJULIENPEYR VIZAN CARPENTRAS SALONDEPROVENCE PORT-DE-BOUC-TP 1 Vitesse (m/s) Moy Moy 2 06/06/00 05/0/00 24/06/02 26/07/02 01/0/02 Mesure VILLEVIEILLE MEJANNES NIMES-GARONS STESMARIES STJULIENPEYR VIZAN CARPENTRAS SALONDEPROVENCE PORT-DE-BOUC-TP Direction Moy Moy 2 06/06/00 05/0/00 24/06/02 26/07/02 01/0/02 Mesure Figure 2-: Vitesse et direction moyennes du vent relevées aux stations météorologiques situées au centre de la zone d'étude 22

23 ROSANS CABRIERES CASTELLET/VAL AIX LA BASTIDE VAUVENARGUES TRETS LE CASTELET VALENSOLE Vitesse (m/s) 6 4 c Moy Moy 2 06/06/00 05/0/00 24/06/02 26/07/02 01/0/02 Mesure ROSANS CABRIERES CASTELLET/VAL AIX LA BASTIDE VAUVENARGUES TRETS LE CASTELET VALENSOLE 1 Direction Moy Moy 2 06/06/00 05/0/00 24/06/02 26/07/02 01/0/02 Mesure Figure 2-: Vitesse et direction moyennes du vent relevés aux stations météorologiques situées à l'est de la zone d'étude 23

24 Les valeurs des vitesses et des directions du vent obtenues à partir de la moyenne effectuée sur les trois journées retenues sont présentées dans le tableau 1. STATION X (lambert IIe) Y (lambert IIe) Altitude Vitesse Direction (m) (m) (m) (m/s) ( ) AIX , 333 CABRIERES ,6 326 CAP BEAR ,2 31 CARPENTRAS , 32 CASTELLET/VAL ,3 2 CAUNES ,1 3 EUS , 30 LA BASTIDE , 346 LAQUILLE ,4 340 LE CASTELET ,2 3 LEUCATE , 301 MEJANNES ,5 360 MOUTHOUMET , 2 MURVIELBEZIERS ,0 32 NIMES-GARONS , 354 PORT-DE-BOUC-TP ,3 34 ROCBLANC ,4 341 ROSANS ,4 345 SALONDEPROVENCE , 325 SETE ,6 337 STESMARIES , 346 STJULIENPEYR ,4 371 STPAULFENOUIL ,1 3 TRETS ,3 3 VALENSOLE ,3 376 VAUVENARGUES ,4 330 VILLEVIEILLE ,3 36 VIZAN ,3 357 Tableau 1 : Vitesse et direction du vent représentatives du régime de vent étudié aux stations météorologiques Dans l ensemble de ce document, la nomenclature utilisée pour caractériser la direction du vent est celle utilisée par METEO-FRANCE, soit : 360 : Vent Nord 0 : Vent Est 10 : Vent Sud 270 : Vent Ouest 24

25 Pour les simulations effectuées, des évolutions de la direction du vent sont imposées sur les frontières des domaines de calcul correspondantes à l entrée du vent au sein de ces derniers (sauf lorsque ces dernières sont directement connectées avec un autre domaine de calcul traité préalablement car dans ce cas les conditions aux limites sont directement issues des calculs précédents). Ces évolutions sont établies en fonction des données retenues aux stations métérologiques situées à proximité de ces frontières. La vitesse de référence du vent a été fixée à m/s à m au-dessus du sol à l entrée Nord Ouest du site d étude. Les évolution de vitesse du vent imposées sur ces frontières ont été obtenues en pondérant localement cette valeur de référence en fonction des rapports de valeurs retenues aux différentes stations météorologiques. Les profils des différentes variables caratéristiques (vitesse, turbulence) du vent incident imposés aux entrées des domaines de calcul sont basés sur la vitesse et la direction choisies et sont calqués sur les profils analytiques mesurés pour une couche limite atmosphérique. Le type de profil d intensité de vitesse utilisé est présenté dans la figure 4-5. Figure 2-1: Profil vertical de vitesse de vent incident 25

26 3. Résultats Plusieurs types de représentations graphiques sont présentées dans cette section. La première figure (3-1) présente la vitesse moyenne du vent à 3m au-dessus du sol sur l ensemble de la zone d étude. La série de figures suivante (3-2 à 3-) propose des zooms du champ de vitesse moyene du vent à cette même hauteur sur chacun des dix sous-domaines de calcul. Il est important de rappeler que ces cartes correspondent à une vitesse de m/s à m audessus du sol au Nord-Ouest de la zone d étude. Toutefois, il est possible d utiliser ces cartes pour d autres valeurs de vitesse de référence pour autant que cette derière corresponde bien à une vitesse prise au même endroit et à la même hauteur. Il suffit alors de redimensionner les valeurs de la vitesse en tout point par rapport à cette nouvelle valeur. C est à dire qu il faut les diviser par rapport à la valeur utilisée dans cette étude (soit m/s) puis les multiplier par la nouvelle valeur de référence. Ceci revient donc à effectuer l opération suivante : avec U réelle : nouvelle vitesse locale U réelle = U étude x 0,1 x U ref U étude : vitesse locale fournie dans cette étude U ref : nouvelle vitesse de référence Cette opération n est toutefois possible que pour des vitesses de référence de vent allant de 7 à 20 m/s. La figure suivante (3-) présente la direction moyenne du vent sur l ensemble de la zone traitée. De la même façon que précédemment la série de figures 3- à 3-22 propose des zooms de ce même champ sur chacun des sous-domaines de calcul. La nomenclature utilisée pour caractériser ces directions est celle présentée dans le paragraphe 3-3. Toutes les figures présentées dans ce rapport sont géo-référencées dans le système de coordonnées géographiques Lambert II étendu. Le cdrom fournit avec ce document contient les versions numériques de ce rapport, des figures qui y sont contenues ainsi que des données exploitables par des Systèmes d Information Géographiques : Géo-tiff des champs de vitesse et de direction du vent à 3m au-dessus du sol (soit quatre figures géo-référencées) (voir le fichier Read-me pour plus d explications) Fichiers au format ARC-GRID de ces mêmes données. 26

27 Il est à noter que dans les figures présentées dans ce rapport ainsi que dans les tableaux de valeurs fournies sur le cdrom ci-joint, seules les données relatives à la zone d étude (ensemble des sous-domaine) sont exploitables. Les résultats correspondant aux parties situées aux alentours ont été rajoutés dans un but pratique mais ne sont pas utilisables. 27

28 Figure 3-1: Vitesse moyenne du vent sur l'ensemble de la zone d'étude. 2

29 Figure 3-2: Vitesse moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 1 2

30 Figure 3-3: Vitesse moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 2 30

31 Figure 3-4: Vitesse moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 3 31

32 Figure 3-5: Vitesse moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 4 32

33 Figure 3-6: Vitesse moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 5 33

34 Figure 3-7: Vitesse moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 6 34

35 Figure 3-: Vitesse moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 7 35

36 v Figure 3-: Vitesse moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 36

37 Figure 3-: Vitesse moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 37

38 Figure 3-: Vitesse moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 3

39 Figure 3-: Direction moyenne du vent sur l'ensemble de la zone d'étude 3

40 Figure 3-: Direction moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 1 40

41 Figure 3-: Direction moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 2 41

42 Figure 3-: Direction moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 3 42

43 Figure 3-: Direction moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 4 43

44 Figure 3-: Direction moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 5 44

45 Figure 3-1: Direction moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 6 45

46 Figure 3-: Direction moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 7 46

47 Figure 3-20: Direction moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 47

48 Figure 3-21: Direction moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 4

49 Figure 3-22: Direction moyenne du vent à 3m au dessus du sol - domaine de calcul n 4