Articles du CER - Comprendre les turbulences: la clé aux prévisions climatiques
«Les turbulences sont essentielles à la 'machine' atmosphérique», explique le prof. Zilitinkevich. «Nous ne pouvons comprendre les systèmes météorologiques sans comprendre ce qui connecte leurs parties.» D'après le professeur Zilitinkevich, depuis près d'un siècle, les turbulences ont été appréhendées de manière totalement sur-simplifiée, d'après l'hypothèse selon laquelle on peut la diviser en deux parties: le «flux moyen» (mouvement organisé qui peut être analysé à l'aide de la mécanique classique) ou les «turbulences» (mouvement chaotique qui doit être analysé à l'aide de méthodes statistiques). Cette approche fonctionne bien pour des applications en ingénierie, mais dans le domaine de la turbulence géophysique (le climat et la météo par exemple), ces méthodes rencontrent beaucoup d'obstacles. Dans l'atmosphère ou l'océan, la densité du milieu change en fonction de la hauteur, ce qui mène à la stratification, l'instabilité et à des phénomènes tels que la convection. Le paradigme classique n'a pas permis de gérer ces phénomènes de manière satisfaisante. Nouveau paradigme «Nous sommes témoins d'une révolution scientifique dans ce domaine», explique le professeur Zilitinkevich. «Les turbulences atmosphériques peuvent maintenant être envisagées comme ayant trois parties: le flux régulier, la turbulence chaotique et les structures auto-organisées.» L'auto-organisation mène à des structures bien connues telles que les cellules ou les rouleaux de convection dans l'atmosphère ou l'océan. Cette nouvelle approche implique que les chercheurs et les modélisateurs opérationnels doivent tenir compte de ces différents types de mouvements et de leur rôle dans l'échange d'énergie et de matière dans l'atmosphère et l'océan. «L'échange de chaleur entre la partie supérieure de l'océan et la partie inférieure de l'atmosphère est contrôlée par les turbulences», explique le professeur Zilitinkevich. «La plus grande partie de l'énergie thermique se trouve dans l'océan et non dans l'atmosphère, mais nous envisageons le climat de manière anthropocentrique comme caractéristique de la partie proche de la surface de l'atmosphère, ce que l'on appelle la 'couche limite planétaire' atmosphérique (PBL)». Son projet PBL-PMES vise à totalement revoir les théories de physique utilisées pour modéliser les PBL. Cela permettra non seulement de mieux comprendre les échanges thermiques entre la terre, la mer et l'atmosphère, mais les chercheurs obtiendront également de nouvelles informations quant aux phénomènes tels que les PBL atmosphériques stables peu profonds qui piègent le brouillard et la pollution dans l'atmosphère au-dessus des villes. Le professeur Zilitinkevich espère que ses recherches aboutiront à des changements radicaux dans la compréhension scientifique de la météo et du climat, et à des modèles de prévision réussis. «D'ici une décennie, nous devrions disposer de bien meilleures prévisions météo et du climat», ajoute-t-il. «Les microclimats, tels que les modifications du climat local en raison des changements au niveau de l'utilisation du sol, seront modélisés avec une plus grande précision». Le nouveau cadre théorique sera ensuite mis en œuvre dans des modèles modernes de prévision du climat et de la pollution atmosphérique. Jusqu'à récemment, l'un des plus grands facteurs de limitation dans la prévision du climat était la résolution spatiale des modèles, restreintes par la puissance des superordinateurs. Cependant, le développement d'une physique nouvelle implique que les modèles doivent être revus. «Nous collaborons avec un très bon réseau de groupes opérationnel de modélisation climatique en Europe», déclare le professeur Zilitinkevich. «D'ici la fin de l'année prochaine, nous espérons disposer de résultats pratiques de l'institut météorologique finlandais; nous collaborons également avec Météo France et l'institut météorologique danois». En outre, le projet œuvre à valider ses théories avec des astrophysiciens, dans l'optique d'expliquer la convection dans les étoiles et le soleil, ainsi que les disques d'accrétion autour des trous noirs. «Nous avons la grande chance de pouvoir associer deux nouveaux domaines passionnants de recherche», ajoute le professeur Zilitinkevich, «une nouvelle théorie de turbulence et une nouvelle demande pour des applications sur les turbulences dans les modèles climatiques». Détails du projet: - Chercheur principal: Professor Sergej S. Zilitinkevich - Institution d'accueil: Institut météorologique finlandais (FMI), Finlande - Projet: Atmospheric planetary boundary layers: physics, modelling and role in Earth system (PBL-PMES) - Appel du CER: Subvention avancée 2008 - Financement du CER: 2,4 millions d'euros - Durée du projet: cinq ans – Site web du projet PBL-PMES dirigé par le prof. Zilitinkevich