L électrisation des orages ; La structure spatio-temporelle de la pluie à l échelle aérologique

Rapport d activité en vue de l obtention du diplôme d Habilitation à Diriger des Recherches L électrisation des orages ; La structure spatio-temporelle de la pluie à l échelle aérologique présenté par Gilles Molinié Maître de confé rences (section CNU 37) LTHE, UFR Phitem, Université Joseph Fourier, Grenoble soutenue devant le jury composé de Laurent Barthès Maître de conférences (DHDR), UVSQ/LATMOS ; rapporteur Patrick Mascart Physicien, UPS/Laboratoire d Aérologie ; rapporteur Remko Uijlenhoet Professeur, Wageningen University ; rapporteur Anne-Catherine Favre Professeure INPG, LTHE, Grenoble ; membre Florence Habets Directrice de recherche CNRS, UMR-SISYPHE Mines-Paristech, Fontainebleau ; membre Gerhard Krinner Directeur de recherche CNRS, LGGE, Grenoble ; membre

Parlez-moi de la pluie et non pas du beau temps, Le beau temps me dégo^ute et me fait grincer les dents, Le bel azur me met en rage, Car le plus grand amour qui me fut donné sur terre Je le dois au mauvais temps, je le dois à Jupiter, Il m est tombé d un ciel d orage. Par un soir de septembre, à cheval sur les toits, Un vrai tonnerre de Brest, avec des cris de putois, Allumait ses feux d artifice.... G. Brassens, L orage Pris au premier degré, l argumentaire de Georges Brassens justifie à lui seul qu on s intéresse aux éclairs. Mais à son habitude, l auteur nous adresse un message au deuxième degré. Ce texte est bien entendu une invitation à étudier la pluie, les éclairs et leur concomittence... 2

Remerciements 3

4

Table des matières I Dossier administratif 7 1 Curriculum vitae 9 1.1 Formation..................................... 10 1.2 Responsabilités administratives......................... 11 1.3 Enseignements................................... 12 1.4 Encadrement................................... 13 1.5 Evaluation de la recherche............................ 15 1.6 Programmes de recherche............................ 16 1.7 Divers....................................... 18 1.8 Publications.................................... 19 1.9 conférences.................................... 21 2 Synthèse du parcours scientifique 29 II Dossier scientifique 37 3 Pluie et électricité orageuse 41 3.1 Modélisation des processus électriques orageux................. 43 3.1.1 Génération et transport des charges électriques............ 44 3.1.2 Les éclairs................................. 46 5

3.2 Observations concomittentes des éclairs et de la dynamique orageuse.... 51 3.3 Charge électrique des éclairs - Diamètres des hydrométéores......... 56 3.4 Lien avec la réflectivité radar Z......................... 60 3.4.1 Approche analytique........................... 60 3.4.2 Approche empirique........................... 62 3.5 Perspectives.................................... 63 4 La pluie 67 4.1 Climatologie de la pluie en région montagneuse méditerranéenne....... 67 4.1.1 Intermittence de la pluie horaire et journalière............. 69 4.1.2 Intensité de la pluie horaire et journalière................ 71 4.1.3 Intensités horaires et journalières maximales.............. 72 4.1.4 Signature de systèmes précipitants................... 73 4.1.5 Conclusion................................. 74 5 Analyse multi-échelle de la pluie 79 5.1 Maximas d intensité de pluie........................... 81 5.1.1 Maximas des pluies observées...................... 81 5.1.2 Maximas de pluies simulées....................... 84 5.2 Analyse multi-échelle de la période de retour.................. 86 5.2.1 Diagrammes de sévérité pour l évènement du Gard 2002....... 88 5.3 Invariance d échelle spatiale des maximas de pluie............... 92 5.4 Invariance d échelle temporelle des maximas de pluie............. 95 5.5 Formulation IDF pour une variable suivant une GEV............. 98 5.6 Perspectives.................................... 106 6

Première partie Dossier administratif 7

8

Chapitre 1 Curriculum vitae MOLINIÉ Gilles Date de naissance : 11 février, 1969 à Albi, Tarn, France Etat civil : marié, 2 enfants Adresse professionnelle LTHE Bâtiment OSUG-B Domaine universitaire BP 53 téléphone : 04 56 52 86 17 mel : gilles.molinie@ujf-grenoble.fr 38041 Grenoble cedex 09 Statut Depuis le 01/10/2004 Maître de Conférences UFR : OSUG/PHITEM (section CNU 37) Université Joseph Fourier de Grenoble Laboratoire d étude des Transferts en Hydrologie et Environnement, équipes Hydro- Météorologie Climat et Impacts (HMCI) 9

1.1 Formation Formation par la recherche 04/ 2003-08/2004 Postoctorat au Laboratoire d Aérologie, (Toulouse, France), équipe d Océanographie côtière. Sujet : Initialisation variationnelle des modèles d océan côtier et simulations régionales de l océan côtier. Responsable : Claude Estournel. 04/ 2002-04/ 2003 Postoctorat au Los Alamos National Laboratory, (New Mexico, USA). Sujet : Relations éclairs/pluie. Les paramètres caractérisant les éclairs sont leurs intensités détectées par le satellite FORTÉ dansleslongueursd ondesoptiqueset radio-fréquences. La pluie est estimée à partir des données du satellite météorologique GOES-8 et celles du réseaux de radar NEXRAD. Responsable : Abraham Jacobson. 03/ 1999-02/ 2002 Postdoctorat au Laboratoire d Aérologie, (Toulouse, France). Sujet : Développement d une paramétrisation explicite des phénomènes électriques (processus de chargement électrique et éclairs) associés aux nuages d orages dans le modèle MésoNH. Responsables du projet : Franck Roux et Jean Pierre Pinty. 10/1995-12/1998 Doctorat de l Université Paul Sabatier (Toulouse III) au Laboratoire d Aérologie. Sujet : Rôle de la précipitation dans les transferts de charge entre les nuages d orages et le sol. 10

Directeurs de thèse : Serge Chauzy et Serge Soula. Formation universitaire 1994-1995 Diplôme d Etudes Approfondies - Astrophysique/Géophysique/Techniques spatiales - Option Dynamique de l Atmosphère et de l Océan (DEA- AGTS), Université Paul Sabatier, Toulouse III. 1992-1994 Licence et Maîtrise de Physique, Université Paul Sabatier, Toulouse III. 1990-1992 Diplôme d Enseignement Universitaire Général : Physique, Chimie, Mathématiques, Université Paul Sabatier, Toulouse III. 1989 Brevet de Technicien Supérieur en Electronique, Lycée Louis Rascol, Albi. 1.2 Responsabilités administratives Depuis 2010 Représentant de l équipe HMCI à la commission informatique du LTHE (15 personnes pour étudier les di érents choix de développements informatiques du LTHE et améliorer la résilience lors d incidents). 2006-2010 Élu des personnels de rang B au comité de gestion du laboratoire (LTHE) ; 2007-2011 Membre élu de la section 37 du CNU ; 11

2006-2008 Membre invité de la commission de spécialiste section 37 à l université P. Sabatier, Toulouse ; 1.3 Enseignements Depuis 2004 Maître de conférences, service de 192 heures,niveaux L1 à Master 2 Recherche, enseignements en géosciences ; Depuis 2010 Co-responsable du M2R parcours international Hydrohasards, majeure Eau-Environnement dans le master Terre, Univers, Environnement ; Montage du dossier d habilitation ; Gestion de 3 à 13 étudiants par ans comportant l accueil administratif et l aide au logement pour les étudiants étrangers ; Suivit de la scolarité ; Gestion des stages, organisation des soutenances et remise des diplomes ; Coordination avec les partenaires Grecs ; cours à l Université de Thessalie à Volos, Grèce. 2010-2011 Responsable du module de Physique de l Atmosphère, dem2r Eau, Climat Environnement, majeure Eau-Environnement dans le master Terre, Univers, Environnement (15 à 20 étudiants, 4 intervenants, 6 ECTS) ; 2009-2011 Responsable du module de Physique de l Atmosphère, de Master 1 ere année, majeure Eau-Environnement dans le master Terre, Univers, Environnement (20 étudiants en moyenne, 2 intervenants, 3 ECTS) ; 12

2004-2011 Responsable du module de Mathématiques Appliquées aux Géosciences en licence 3 de Géosciences (40 à 60 étudiants, 5 intervenants, 6 ECTS) ; 1.4 Encadrement Thèses de doctorat 09/2012- Caractérisation et évaluation des précipitations extrêmes simulées par les modèles climatiques régionaux : Une approche conjointe pour les régions tropicales et tempérées., Stéphanie Froidurot, co-encadrement avec Arona Diedhiou (DR IRD), Thèse de l Université de Grenoble, bourse MERT. 09/2007-01/2011 Space-time structure of heavy rainfall events : application to the Cévennes-Vivarais region, Davide Ceresetti, co-encadrement avec Jean- Dominique Creutin (DR, CNRS), Thèse de l Université de Grenoble, bourse MERT ; 3 publications Stage de Master 2 Recherche 2013 Numerical simulation of the rainfall event of the 6-7th of Nov. 2011 in South of France, Adrian Victor Matei, Université de Grenoble, M2R Eau Climat Environnement co-encadrement avec Joan Bech de l université de Barcelone ; 2012 Automne Non-linear analysis of the rainfall structure during severe weather events in South of France, AthanasiosTriantafyllou,M2REauClimatEnvironnement parcours international Hydrohasard, Université de Volos, Grèce/ Université 13

Joseph Fourier de Grenoble ; 2012 Structure de la pluie à di érentes échelles spatio-temporelles., Baptiste Boillot, Projet de fin d étude Ecole des Mînes Paris-Tech, co-encadrement avec Christian Lantuéjoul ; 2010 Évaluation de disdrométres commerciaux pour la mesure de la granulométrie de la pluie, Mohamed Dem, Université Paul Sabatier, Toulouse ; 2009 Etude comparée des données radars et éclairs dans une cellule orageuse en région Cévennes-Vivarais,BaptisteFrancois,M2REauClimatEnvironnement, Université Joseph Fourier, Grenoble ; 2008 Approche multi-capteur (radar-détecteur d éclair) pour l estimation quantitative des précipitations, Julien Racari, M2R Eau Climat Environnement, Université Joseph Fourier, Grenoble ; 2007 Structure spatio-temporelle des évènements fortement précipitants associés à la convection profonde en Cévennes-Vivarais, CristianConteduca, projet de fin d étude, Université polytechnique de Milan, Italie ; Stage de 2 eme année Ecole d Ingénieur 2011 Analyse des distributions granulométriques des précipitations observées par vidéo-sonde, Guillaume Pla, ENSE3 ; 14

2011 Amélioration de la détection automatique des gouttes de pluie par vidéo en prenant en compte la non-linéarité des tajets des faisceaux lumineux, Aubry Espalieu, ENSE3 ; 2010 Évaluation d une vidéo-sonde pour la mesure de la granulométrie de la pluie, David Penot, ENSE3 ; 2010 Reconnaissance automatique des hydrométéores filmés dans une vidéosonde et calcul de leur taille, Luc Ernewein, ENS PHELMA ; 2010 Étallonage d une vidéo-sonde pour la mesure de la granulométrie de la pluie, Jean Charles Record, ENSE3 ; Une publication a été acceptée sous forme d acte de congrès à l issue de ces 4 stages (Actes du colloque Gretsi, Bordeaux 2011 : Desvignes M. et Molinié G., Une vidéo-sonde pour la mesure de la pluie.) 1.5 Evaluation de la recherche Evaluation d un projet pour l ANR et un autre pour le programme LEFE- IDAO de l INSU. ; Editeur associé du numéro spécial Forecast and projection in climate scenario of Mediterranean intense events : uncertainties and propagation on environment (the ME- DUP project) pour le journal Natural Hazard and Earth System Sciences, année 2012, édité par EGU ; 15

Relecteur expert pour le 5 eme rapport du Groupe Intergouvernemental d Expert sur le Changement Climatique (GIECC) : Fifth Assessment Report Climate Change 2013 : The Physical Science Basis ( AR5 ); Relecteur occasionel pour les revues Journal of Geophysical Research (AGU), Water Resource Research (AGU), Quaterly Journal of the Royal Meteorological society (Wiley), Atmospheric Research (Elsevier), Natural Hazard and Earth System Sciences (EGU). 1.6 Programmes de recherche 2013 Labex osug@2020 volet Recherche, Université Joseph Fourier, Grenoble ; invitation Joan Bech, Professeur Université de Barcelone, Espagne, Comparison of the simulated and observed rainfall structure over the HPicoNet raingauge network., Durée1mois, 3.5 k -C,Porteurdeprojet:GillesMolinié,donnelieuàune communication au workshop HyMex du mois d octobre 2013 intitulée Structure of the rainfall intensity at the sub-kilometer scale using measurements around the HPicoNet ; 2013 Labex osug@2020 volet Recherche, Université Joseph Fourier, Grenoble ; Structure des précipitations orographiques en région Méditerranéenne : Mécanismes et Prévision, Durée 1an, 16 k -C, Porteur de projet : Sandrine Anquetin, LTHE ; 2012 Labex osug@2020 volet Enseignement, Université Joseph Fourier, Grenoble ; Sensibilisation des etudiants à la physique de la mesure de la pluie et aux problèmes d échantillonnage au travers de la mise en oeuvre de la videosonde., Durée 1an, 10 k -C, Porteur de projet : Gilles Molinié ; 16

2012 labex@2020 volet Recherche, Université Joseph Fourier, Grenoble ; invitation Theodoros Karakasidis, Assistant Professor, University of Thessaly, Grèce ; Non-linear structure in rainfall fields, Durée 1 mois, 3.5 k-c, Porteur de projet : Gilles Molinié, a donné lieu à un poster à l Assemblée Générale de l EGU du mois d avril 2013 intitulé The role of the non-linear relief-rain interaction in the rainfall intensity structure ; 2012 Crédits incitatifs du LTHE, Université Joseph Fourier, Grenoble ; Contrat vaccation 120h, 3 mois support AI pour Lucas Courgeon sur la mise en oeuvre d un capteur de la taille des gouttes de pluie par vidéo. 4.2 k -C, Porteur de projet : Gilles Molinié ; 2011 AO CIBLE, Région Rhône-Alpes ; Pluies intenses en Ardèche : origine et structure, Durée 2 ans, 32k -C, Porteur de projet : Brice Boudevillain, LTHE ; 2010-2011 Un ensemble de projets régionaux (Cluster Environnement) et nationaux (OHMCV, INSU EC2CO et MISTRALS) portés par Brice Boudevillain et Guy Delrieu (LTHE) ont permis de financer l implantation d un réseau de pluviomètres et disdromètres en Ardèche (HPicoNet) et dans le Sud de la France en relation avec la campagne de mesure HyMEx pour un budget total de 120 k -C. 2009 Pôle TUNES, UJF, Université Joseph Fourier, Grenoble ; Conception d une vidéo-sonde pour la mesure de la granulométrie de la pluie, Durée 2 ans, 10 k -C Porteur de projet : Gilles Molinié 2009 Fonds d intervention LTHE ; Evalutations des mesures pluviométriques à augets basculants Durée 1mois, 2 k -C, Porteur de projet : Gilles Molinié ; 2007 ANR Vulnérabilité, Climat, Société et Santé ; Forecast and projection in climate scenario of MEDiterranean intense events : Uncertainties and Pro- 17

pagation on environment, Durée 3 ans, 835 k -C Porteur de projet : Véronique Ducrocq, CNRM. Gilles Molinié reponsable du consortium LTHE/UJF budget 165 k -C 2006 PATOM et ECCO-PNRH ;Crues éclairs en région Cévennes-Vivarais. Observation et modélisation couplées atmosphère-hydrologie, Durée,Porteur de projet : Sandrine Anquetin, LTHE. 2006 Pôle Grenoblois des Risques Naturels ; Etude comparée de la mesure granulométrique et volumétrique des précipitations, Durée 2 ans, 3 k -C, Porteur de projet : Gilles Molinié. 2006 LEFE-IDAO ; Processus hydrométéorologiques associés à la génèse et à la formation des crues rapides dans la région Cévennes-Vivarais, Durée 2 ans, 42 k -C, Porteur de projet : Sandrine Anquetin, LTHE. 2006 PNTS ; Caractérisation de la convection par observations micro-ondes, visible et infrarouge et par détection des éclairs, Durée 2ans, 15 k -C, Porteur de projet : Eric Defer, LERMA. 2005 PATOM et PNRH ; Crues éclairs en région Cévennes-Vivarais. Observation et modélisation couplées atmosphère-hydrologie, Porteur de projet : Sandrine Anquetin, LTHE. 1.7 Divers 2012-2013 Bénéficiaire d une délégation CNRS pour 1 an. 18

2011-2012 Bénéficiaire d un congés de 6 mois d enseignement pour recherche et conversion thématique attribué par la 37 eme section du CNU. 2003 Chairman de la session Global Lightning and Climate à la 12ième conférence internationale d électricité atmosphérique (ICAE), 2003, Versailles, France. 1.8 Publications 12 publications dans des revues de rang A ; 1. Vié, B., G. Molinié, O. Nuissier, B. Vincendon, V. Ducrocq, F. Bouttier, and E. Richard, 2012 : Hydro-meteorological evaluation of a convection-permitting ensemble prediction system for mediterranean heavy precipitating events. Natural Hazards and Earth System Science, 12 (8), 2631 2645,DOI: 10.5194/nhess-12-2631-2012. 2. Ceresetti, D., E. Ursu, J. Carreau, L. Gardes, S. Girard, G. Molinié, S. Anquetin, and J. Creutin, 2012b : Evaluation of three extreme rainfall regionalization schemes in cévennes-vivarais, france. Accepted for publication in Natural Hazards and Earth Science System, 10.5194/nhess-12-1-2012. 3. Molinié, G., D. Ceresetti, S. Anquetin, J. Creutin, and B. Boudevillain, 2012 : Rainfall regimes in a mediterranean mountainous region. J. Applied Met. and Climate, 51 (3), 429 448, 10.1175/2011JAMC2691.1. 4. Ceresetti, D., S. Anquetin, G. Molinié, E. Leblois, and J. Creutin, 2011 : Severity diagrams : a new approach for the multi-scale evaluation of extreme rainfall events. 19

Weather and Forecasting, 27, 174 188, http ://dx.doi.org/10.1175/waf-d-11-00003.1. 5. Desvignes, M. and G. Molinié, 2011 : Une vidéo sonde pour la caractérisation de la pluie. Acte du XXIIe Colloque Bordeaux 2011, GRETSI, Ed., Vol. XXIIe Colloque Bordeaux 2011, ID249, 5 pages. 6. Ceresetti, D., G. Molinié, and J. Creutin, 2010 : Scaling properties of heavy rainfall at short duration : a regional analysis. Water Resource Research, 46 (W09531), 10.1029/2009WR008603, accepted 4 June 2010. 7. Molinié, G., J. Escobar, and D. Gazen, 2009 : A stochastic lightning flash scheme for 3d explicitly resolving cloud models. Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 135 (638), 113 124, 10.1002/qj.364. 8. Barthe, C., G. Molinié, and J. Pinty, 2005 : Description and first results of an explicit electrical scheme in a 3d cloud resolving model. Atmos. Res., 76, 95 113. 9. Molinié, G. and R. A. Jacobson, 2004 : Cloud-to-ground lightning and cloud top brightness temperature over the contiguous United States. J. Geoph. Res., 109 (D13106), 10.1029/2003JD003593. 10. Molinié, G., J. Pinty, and F. Roux, 2002 : Some explicit microphysical and electrical aspects of a cloud resolving model : Description and thunderstorm case study. C. R. Physique, 3(10), 1305 1324. 11. 20

Molinié, G., S. Soula and S. Chauzy, 1999 : Cloud-to-ground lightning activity and radar observations of storms in the Pyrénées range area, Quaterly J. of the Royal Meteorological Soc., 125, 3103 3122. 12. Soula, S., H. Sauvageot, G. Molinié, F. Mesnard, and S. Chauzy, 1998 : The CG lightning activity of a storm causing a flash-flood. Geophys. Res. Lett., 25(8), 1181 1184. 1.9 conférences 38 présentations ou posters dans des conférences. 1. Defer, E., et al., An overview of PEACH, the Atmospheric Electricity component of HyMeX, 2012. 2. Delrieu, G., et al., Debriefing of the HyMeX special observation period of the autumn 2012, NASA Precipitation Measurement Missions (PMM) Science Team Meeting, Annapolis, MD, U.S., 2013. 3. Lagouvardos, K., V. Kotroni, O. Bousquet, E. Defer, A. Lampiris, G. Molinie and J-F Ribaud, the iop6 (24 september 2012) heavy precipitation event over southern France : observational and model analysis, vol. HyMEx WORKSHOP, Cassis, France, 2013. 4. Molinie, G., T. Karakasidis, A. Triantafyllou, J.D. Creutin and S. Anquetin, The role of the non-linear relief-rain interaction in the rainfall intensity structure., EGU General 21

Assembly, 2013. 5. Anquetin, S., et al., Shallow orogrpahic convection contribution to the water resources in mediterranean : Proposition of observation device within th framework of hymex, Tech. rep., HyMEx science plan, 2008. 6. Zwiebel, J., J. Van Baelen, S. Anquetin, B. Boudevillain, G. Molinié, G. Delrieu and A. Berne, High resolution precipitation measurements during the HYMEX campaign : Preliminary results, EGU General Assembly, 2013. 7. Auclair, F., M. Lux, and G. Molinié, Supportforthevariationalinitializationtool: VIFOP, in Stage international, 11 et Fevrier,2004, Toulouse, France. 8. Barthe, C., J. P. Pinty, G. Molinié,andF.Roux,Représentationexplicitedel électrisation des orages dans mésonh, Atelier de Modélisation de l Atmosphère, Météo-France, 2002. 9. Barthe, C., J. P. Pinty, G. Molinié, andf.roux,descriptionandfirstresultsofan explicit electrical scheme in a 3d cloud resolving model, in ICAE2003,pp.131 134, IAMAS, VERSAILLES 2003, FRANCE, 2003. 10. Bernard-Michel, C., L. Gardes, S. Girard, and G. Molinié, Spatialanalysisofextreme rainfalls in the cévennes-vivarais region using a nearest neighbor approach, in Lisbonne 2009 a completer., 2009. 11. 22

Berthet, S., H. Laurent, and G. Molinié, Interactions entre systêmes convectifs mésoéchelles et dynamique atmosph`rique sur l afrique de METEOSAT l ouest, in SECONDE GENERATION : un nouvel instrument de suivi de l environnement, 13-14 septembre, Dijon, France, 2007. 12. Ceresetti, D., G. Molinié, and J. Creutin, Regionalization of scaling properties of heavy rainfall for short durations, in AE31A-0256, AGU 2008 Fall Meeting, 2008. 13. Ceresetti, D., J. Labalette, G. Molinié, S. Anquetin, and J. Creutin, Assessing the severity of flash-floods events, vol. 11, 11th Plinius Conference on Mediterranean Storms, 2009a. 14. Ceresetti, D., G. Molinié, and J. Creutin, Determination of extreme rainfall frequency in a region characterized by severe évents, vol. 10, 10th Plinius Conference on Mediterranean Storms, 2009b. 15. Defer, E., G. Molinié, R. Berthelot, V. Boulanger, and V. Kotroni, Zeus and meteosat observations during thunderstorms over europe and mediterranean sea, in Geophysical Research Abstract, Vol. 8, EGU06-A-01808 ; NH1.04-1TU5P-0591, Vienna, 2006. 16. Desvignes, M., and G. Molinié, Une vidéo sonde pour la caractérisation de la pluie, in XXIIe Colloque Bordeaux 2011, edited by GRETSI, vol. XXIIe Colloque Bordeaux 2011, p. ID249, 2011. 17. Francois, B., G. Molinié, and H. D. Betz, Coupling radar and lightning data to improve 23

the quantitative estimation of precipitation, in 11th Plinius Conference on Mediterranean Storms, 60,2009. 18. Jacobson, A., and G. Molinié, Relationship between lightning-storm characteristics, and both power and rate of lightning-discharge rf emissions observed by forte, in ICAE2003, IAMAS, VERSAILLES 2003, FRANCE, 2003. 19. Molinié, G., Paramétrisationdesphénomènesélectriques.,inPour MesoNH Scientific Documentation, 2001. 20. Molinié, G., Simulationoftheelectricalphenomenainmeso-nh,inJournées de utilisateurs de MesoNH,2009. 21. Molinié, G., and R. A. Jacobson, Cloud-to-ground lightning and cloud top brightness temperature over the contiguous United States, J. Geoph. Res., 109, 2004. 22. Molinié, G., E. Yates, P. Bois, S. Anquetin, and J. D. Creutin, Extreme rainfalls in the context of a mediterranean mountainous region : the Cévennes-Vivarais massif., in EGU General Assembly 2005, 24-29 April 2005 Vienna, Austria, a. 23. Molinié, G., E. Yates, P. Bois, S. Anquetin, and J. D. Creutin, Extreme value analysis : Rainfall in the Cévennes-Vivarais mediterranean mountainous region., in EGU, 7th Plinius Conference on Mediterranean Storms, 05-07 October 2005, Rethymnon, Crete, Greece, b. 24. 24

Molinié, G., S. Soula, E. Bergougnoux, S. Chauzy, H. Sauvageot, and G. Despaux, Experimental study of the precipitation current characteristics below several thunderstorms., in IIIrd International Workshop on Physics of Lightnning, 1997a. 25. Molinié, G.,S.Soula,andS.Chauzy,Cloud-to-groundlightningactivityobservationsof storms in the pyrénées range area., in Proceeding of the XXIInd European Geophysical Society, 1997b. 26. Molinié, G., S.Soula,andF.Mesnard,Simultaneousanalysisoftheelectricandelectrostatic activities and of the precipitatin rate for thunderstorms in a mountainous area., in Lightning and Mountains 97, 1997c. 27. Molinié, G., S.Chauzy,andS.Soula,Evolutionducourantdeprécipitationlorsdesa traversée de l espace nuage-sol, in Atelier de modélisation de l atmosphère, 1999a. 28. Molinié, G., J. Pinty, and F. Roux, Paramétrisation des phénomènes électriques dans le modèle MésoNH, in Atelier de modélisation de l atmosphère, 1999b. 29. Molinié, G., C. Mari, J. P. Pinty, F. Roux, and K. Sarlat, Implicit and explicit simulations of lightning-produced NOx in a mesoscale model, in 8th scientific assembly of IAMAS, Insbruck,2001,2001a. 30. Molinié, G., J. Pinty, and F. Roux, A parameterization of electrical phenomena in the french non-hydrostatic mesoscale atmospheric model MésoNH., in 4th International Workshop on Physics of Lightnning, Japan Nagoya, 2001b. 25

31. Molinié, G., J. Pinty, and F. Roux, Une paramétrisation des phénomènes électriques dans le modèle MésoNH., in Réunion des utilisateurs de MésoNH, 2001c. 32. Molinié, G., J. Pinty, and F. Roux, Some explicit microphysical and electrical aspects of a cloud resolving model : Description and thunderstorm case study., C. R. Physique, 3,1305 1324,2002. 33. Molinié, G., J. Escobar, and F. Gazen, D.and Roux, Simulations of lightning flashes featuring fractal patterns with the cloud resolving model MesoNH, in Geophysical Research Abstract, Vol. 8,EGU06-A-11040 ; NH4.01-1TH5P-0584, Vienna, 2006. 34. Molinié, G., J. Escobar, and D. Gazen, Investigation of lightning flash morphologies along the entire supercell life cycle using a numerical 3d cloud resolving model(crm)., in AE31A-0256, AGU 2008 Fall Meeting, 2008. 35. Molinié, G., et al., High-resolution rainfall sampling : the scales of interest, in 13th Plinius Conference on Mediterranean Storms, edited by EGU, 13th Plinius Conference on Mediterranean Storms, Savona, Italie, 2011. 36. Pinty, J., G. Molinié, C. Barthe, andf. Roux, Asemi-deterministicschemetoproduce ic/cg lightnings in a 3d cloud resolving model, in ICAE2003, pp. 463 466, IAMAS, VERSAILLES 2003, FRANCE, 2003. 37. 26

Sauvageot, H., S. Soula, G. Molinié, S.Chauzy,andG.Despaux,Thelightningactivity as a signal for flash-flood forecasting : the biescas (spanish pyrénées) case of August 7, 1996, in Lightning and Mountains 97. 38. Soula, S., H. Sauvageot, G. Molinié, S. Chauzy, G. Despaux, J. L. Camacho, and A. E. Uriel Gonzales, Correlation studies between cloud-to-ground lightning activity and rainfall from severe thunderstorm : the August 7, 1996 case in biescas (spain), in IIIrd International Workshop on Physics of Lightning, 1997. 27

28

Chapitre 2 Synthèse du parcours scientifique Le schéma de la figure 2.1 décrit mes activités de recherche (tons de vert) et leur environnement scientifique. On peut voir que c est la pluie qui est au centre de mes préoccupations. Le hasard a permis que ce diagramme lu de haut en bas donne une idée de la chronologie de mes recherches. Ma thèse portait sur l étude des transferts de charges électriques des orages vers le sol. La pluie et les éclairs en sont des acteurs, ils contribuent à neutraliser l énergie électrique accumulée dans les orages. La prise en compte de ces deux processus est indis - pensable pour faire le bilan électrique de l atmosphère. Une autre thématique de l électricité atmosphérique est l étude des liens entre éclairs et pluie afin d utiliser les premiers comme un indicateur de la seconde. C est pour étudier cette question qu un projet de capteur satellitaire des éclairs (ORAGE) développé par l ONERA a vu le jour. Frank Roux (Pr. Université de Toulouse, Laboratoire d Aérologie) a saisi cette opportunité pour initier la simulation des processus électriques nuageux dans le modèle MésoNH. C est le travail que j ai réalisé lors d un postdoc (1999-2002) au Laboratoire d Aérologie. En collaboration avec Jean-Pierre Pinty (IR CNRS, Laboratoire d Aérologie), nous avons d abord codé des paramétrisations des processus de génération de charges électriques dans les orages. Ils sont associés aux processus micro-physiques de transferts de masses (Molinié et al., 2002; Barthe et al., 2005). La représentation de la structure géométrique des éclairs par un modèle fractal est un aspect 29

original de la modélisation des éclairs (Molinié et al., 2009). Le schéma décrit dans cet article apermisdedépasserleblocagedelaneutralisationdelachargeélectriquenuageusepour réaliser des simulations complètes du cycle de vie des cellules orageuses électrisées. Au cours d un second post-doc d avril 2002 à juillet 2003 au Los Alamos National Laboratory (LANL, New Mexico, USA), j ai travaillé dans l équipe FORTE. FORTE est le nom d un satellite ne transportant que des capteurs d éclairs qui mesurent les ondes électromagnétiques dans le spectre allant du visible jusqu aux radio-fréquences. L équipe avait pour mission de comprendre et valoriser les données du satellite. Avec Abraham Jacobson (Senior scientist, LANL), nous avons décrit une climatologie des éclairs conditionnée par la température de brillance dans l infra-rouge (indicateur de la hauteur des nuages) mesurée par le satellite GOES-8 (Molinié and Jacobson, 2004). La deuxième partie de mon travail a été de chercher quelles caractérisitiques des éclairs pouvaient être influencées par la dynamique nuageuse : la puissance électrique émise dans la gamme des radio-fréquences en est une ; Elle varie avec l altitude des éclairs (Jacobson and Molinié, 2003). Suite à ma prise de fonction en tant que Maître de Conférences à l Université Joseph Fourier de Grenoble en 2004, j ai orienté mes recherches majoritairement sur la pluie. Pour nous qui vivons à l interface atmosphère-hydrosphère, la pluie est principalement une ressource qui se transforme exceptionnellement en risque. Depuis 2004, mon activité de recherche se déroule dans l équipe Hydro-Météorologie Climat et Impacts du LTHE. Les questions qui nous fédèrent sont celles de la quantification de la ressource et du risque hydrologique en prenant en compte les interactions avec la société et l environnement (topographie, le climat,...). Je travaille sur l aspect risque de la pluie en région cévenole en étudiant les évènements de fortes pluies. Afin de caractériser les fortes pluies dans la famille des pluies, nous avons produit une climatologie en collaboration avec Davide Ceresetti (Doctorant, LTHE), Sandrine Anquetin (DR CNRS, LTHE), Jean-Dominique Creutin (DR CNRS, LTHE) et Brice Boudevillain (Phys. Adj, LTHE) (Molinié et al., 2012). Il apparaît dans ce travail que l hétérogénéité de la pluie oblige à caractériser sa variabilité en fonction des échelles spatiales et 30