Littérature scientifique sur le sujet « Systèmes convectifs de mésoéchelle »

Cette thèse présente des perturbations synoptiques de la convection sur l'Afrique centrale. On montre les perturbations intermittentes de 3-6 jours de la convection pendant les saisons humides, en particulier entre mars et avril. Pour cette saison, ces perturbations sont principalement dues à un couplage entre l'activité convective et les ondes équatoriales de Kelvin. Il a été constaté que ces perturbations qui se propagent vers l'est, sont composées de systèmes convectifs de méso-échelle (SCM) qui se propagent vers l'ouest. En effet, le passage de l'onde de Kelvin provoque une forte augmentation de la haute nébulosité associée aux nuages convectifs, de l'occurrence des SCM de petite taille sur et près des reliefs et des gros SCM particulièrement sur le bassin du Congo, et de la taille et la durée de vie des SCM. Ces résultats suggèrent une meilleure organisation diurne de la convection et donc une meilleure propagation des SCM lors du passage de l'onde.

La formation des Cyclones du Cap Vert met en jeu divers processus : les thalwegs, dorsales de l'onde d'Est africaine et l'anticyclone saharien en moyenne troposphère, les thalwegs des moyennes latitudes en moyenne et haute troposphère, le flux de mousson et les alizés au large de la côte Ouest africaine en basse troposphère, les systèmes convectifs. Ces processus sont étudiés à l'aide d'une climatologie sur cinq ans d'analyses du Centre Européen de Prévision Météorologique à Moyen Terme et d'images Meteosat. Deux cas particuliers sont ensuite modélisés avec Méso-NH : celui de la perturbation qui a donné naissance à l'ouragan Helene (2006) et celui de la « Perturbation D », un cas de non-cyclogénèse observé pendant la campagne AMMA / SOP-3 à Dakar en septembre 2006. Les évolutions des perturbations simulées sont quantifiées à l'aide de bilans d'énergie et de tourbillon. Le résultat principal de cette thèse est que l'ajustement géostrophique du champ de vent à une perturbation de pression d'origine convective dans la région des Îles du Cap Vert ne se produit que lorsqu'il y a un apport d'énergie cinétique tourbillonnaire par une conversion barotrope, ainsi qu'une advection horizontale de tourbillon cyclonique. Ceci confirme l'hypothèse bien connue selon laquelle la cyclogénèse tropicale est le résultat d'une interaction entre systèmes convectifs et un environnement favorable.

"La formation des Cyclones du Cap Vert met en jeu divers processus : les thalwegs, dorsales de l'onde d'Est africaine et l'anticyclone saharien en moyenne troposphère, les thalwegs des moyennes latitudes en moyenne et haute troposphère, le flux de mousson et les alizés au large de la côte Ouest africaine en basse troposphère, les systèmes convectifs. Ces processus sont étudiés à l'aide d'une climatologie sur cinq ans d'analyses du Centre Européen de Prévision Météorologique à Moyen Terme et d'images Meteosat. Deux cas particuliers sont ensuite modélisés avec Méso-NH : celui de la perturbation qui a donné naissance à l'ouragan Helene (2006) et celui de la " Perturbation D ", un cas de non-cyclogénèse observé pendant la campagne AMMA / SOP-3 à Dakar en septembre 2006. Les évolutions des perturbations simulées sont quantifiées à l'aide de bilans d'énergie et de tourbillon. Le résultat principal de cette thèse est que l'ajustement géostrophique du champ de vent à une perturbation de pression d'origine convective dans la région des Îles du Cap Vert ne se produit que lorsqu'il y a un apport d'énergie cinétique tourbillonnaire par une conversion barotrope, ainsi qu'une advection horizontale de tourbillon cyclonique. Ceci confirme l'hypothèse bien connue selon laquelle la cyclogénèse tropicale est le résultat d'une interaction entre systèmes convectifs et un environnement favorable. "
The formation of Cape Verde Cyclones is the result of an interaction between several processes: mid-level African easterly wave's troughs and ridges, low-level monsoon flow and trade winds off the West African coast, convective developements, mid-level Saharan anticyclone, low level Saharan heat low, mid-and upper level troughs of mid-latitude origin. These processes are investigated in a climatologic study of five season of European Center for Medium-range Weather Forcast analyses and Meteosat images. This is complemented with two case studies modelled with Méso-NH: the perturbation which spawn Hurricane Helene (2006) and the so-called "Perturbation D", a non-developing case observed during AMMA / SOP-3 in Dakar in September 2006. The simulated evolutions are quantified with energy and vorticity budgets. The main result of this thesis is that geostrophic adjustment of wind field to a pressure perturbation of convective origin in the Cape Verde Islands area occurs only if there is a production of eddy kinetic energy through barotropic conversion and a horizontal advection of cyclonic vorticity. This confirms the well-known hypothesis that tropical cyclogenesis is the result of an interaction between convective systems and a favourable environement

La thèse s'inscrit dans le thème "Mécanismes des précipitations orographiques" de MAP (Mesoscale Alpine Programme). Elle étudie le déclenchement et l'intensification des précipitations sur un relief exposé à un flux humide quasi-stationnaire, et examine le problème de la prévision numérique des fortes précipitations à l'échelle de quelques kilomètres. Un flux de sud à sud-ouest quasi-stationnaire caractérise la plupart des épisodes de pluies diluviennes sur les Alpes à l'automne, où de l'air méditerranéen est advecté vers le relief. Le cas de la POI (Période d'Observation Intensive) 2B de MAP est simulé avec le modèle MesoNH. Une méthode d'analyse lagrangiennne originale permet d'identifier une masse d'air sec d'échelle méso-béta sur la Méditerranée, et d'étudier son évolution et son influence sur la répartition des précipitations sur les Alpes. Les fortes précipitations sur les versants sud des Alpes sont étudiées grâce à des simulations idéalisées, où l'écoulement incident de sud ou sud-ouest est rendu uniforme et stationnaire. Les distributions obtenues, proches des données climatologiques, indiquent que les zones les plus arrosées correspondent à un forçage orographique du flux incident plus prononcé. Enfin, ces simulations permettent, à haute résolution et avec une microphysique explicite, l'identification de mécanismes de déclenchement et de développement de la convection spécifiques à la région sud-alpine - dont certains ont pu être observés pendant MAP. Ils se révèlent très complexes malgré la simplification des conditions en amont.

Les machines tournantes répondent non seulement à des objectifs électriques mais également à des contraintes thermiques. Il s'agit, en effet, de respecter un échauffement autorisé. Un ventilateur monté en bout d’arbre assure ainsi un écoulement de refroidissement. L'air emprunte trois circuits principaux : les canaux statoriques, les canaux rotoriques et l'entrefer. Le travail contribue ici à l'étude des échanges convectifs dans l’entrefer et les canaux statoriques. Il s'inscrit dans l'investigation de l'entreprise Leroy Somer pour l'optimisation du refroidissement des alternateurs électriques. Un dispositif expérimental a été réalisé, il permet de confronter des mesures à des résultats numériques dans une configuration d'entrefer d'alternateur. Comparé au cas lisse, l'originalité vient de la géométrie du rotor avec ses quatre canaux inter-polaires. La thermographie infrarouge est utilisée afin de déterminer les coefficients d'échange convectif au rotor et au stator. Au rotor, les résultats expérimentaux montrent un comportement convectif proche d'une configuration d'entrefer lisse. Une étonnante décroissance des coefficients apparaît cependant pour des grandes vitesses de rotation. La présence d'une structure hélicoïdale dans les canaux inter-polaires intensifie les échanges sur leurs parois. Les transferts au stator semblent améliorés par un effet centrifuge engendré par la rotation des canaux inter-polaires. Que ce soit pour le rotor ou le stator, l'entrée de l'entrefer est favorisée pour les transferts convectifs. Les simulations ont une tendance générale à sous-estimer les échanges convectifs au rotor et à les surestimer au niveau du stator. En complément, une analyse paramétrique numérique a été menée afin d'évaluer le potentiel d'amélioration de la performance des canaux statoriques dotés de perturbateurs
Rotating machinery must respect both electrical aims and thermal constraints. They are to be in agreement with a limit temperature level. Therefore, a blower provides a cooling air flow. There are three main flow ways: statoric ducts, rotoric ducts and air-gap. The work deals with the convective heat transfer study of air-gap and statoric ducts. It is part of the Leroy Somer company researches on electric generator cooling efficiency. A tests bench was developed to perform comparison between experimental results and numerical results on an alternator air-gap case. Our air-gap case originality, compared with a smooth one, comes with the particular rotor geometry and its four inter-polar gaps. Infrared thermography is used to provide convective heat transfer coefficients on rotor and stator. The rotor experimental results show a behaviour close to a smooth air-gap one. However, it is surprising to obtain a convective heat transfer coefficient decreasing when the rotor speed becomes greater. Moreover, an helical structure development in inter-polar gaps intensifies convective heat transfers. Stator heat transfers seem improved thanks to a centrifugal effect provided by the «ducts-between-poles» rotation. The air-gap entrance is the best convective heat transfer zone for both rotor and stator walls. The numerical results have a general tendency to underestimate convective heat transfer coefficients on rotor and to overestimate them on stator. To supplement the study, a parametric analysis is carried out to assess the efficiency improvement capacity of statoric ducts with ribs

Cette thèse s’intéresse à l’étude expérimentale d'ondes hydrothermales apparaissant dans une géométrie quasi-unidimensionnelle pour une couche de fluide avec surface libre soumise à des gradients horizontaux et verticaux de température. Ceux-ci sont induits par la présence d'un fil chaud au sein de la couche de fluide mais près de la surface libre. Nous mettons en évidence les propriétés générales de ces ondes avant de réaliser une étude expérimentale et théorique nous permettant d’appréhender l'aspect hydrodynamique de ce phénomène. Notamment nous nous intéressons aux rôles respectifs des effets de volume et des effets de surface dans le déclenchement de l’instabilité. Nous étudions aussi les propriétés critiques de l'apparition des ondes à l'aide de mesures près du seuil, ces dernières nous permettant de conclure à la nature convective de l’instabilité au voisinage du seuil. Enfin, par un forçage modulé dans le temps, nous faisons apparaître des ondes stationnaires a la place des ondes propagatives. Un travail théorique utilisant des équations d'amplitude et s'accordant très bien avec les observations expérimentales nous permet de comprendre le mécanisme d'apparition de ces ondes stationnaires.

Basé sur l'analyse conjointe et complémentaire de ~10 ans de données altimétriques et de profils verticaux de température et de salinité acquis par les profileurs Argo, l'objectif principal de cette thèse est d'étudier en détail les caractéristiques de surface et la structure verticale des tourbillons dans les 4 grands systèmes d'upwelling mondiaux (EBUS Pérou-Chili, Californie, Canaries et Benguela), qui partagent une dynamique à grande échelle relativement similaire. Les résultats principaux montrent que l'ensemble des tourbillons détectés sur les cartes altimétriques dans les 4 EBUS ont des propriétés physiques relativement proches, avec une forte proportion de tourbillons de faibles dimensions ayant une durée de vie relativement courte. Au contraire, la faible partie des tourbillons échantillonnés par les profileurs Argo montre des dimensions bien plus grandes pour des durées de vie plus longues. La sur-représentation de ces grandes échelles dans le jeu des tourbillons échantillonnés par les profileurs Argo est donc le biais majeur des résultats obtenus sur la structure verticale des tourbillons. L'analyse des profils moyens d'anomalies de température et de salinité acquis par les profileurs Argo dans les tourbillons révèle une forte hétérogénéité entre les 4 EBUS, mais également au sein de chacun de ces systèmes d'upwelling. Les structures verticales des tourbillons sont fortement liées à l'hydrologie et à la dynamique locale. Par exemple, les tourbillons de subsurface du PCUS occupent plutôt la partie Sud du système, alors que les tourbillons intensifiés en surface sont présents à la limite Nord de la gyre subtropicale. Dans le CALUS, la présence de Cuddies se devine à la côte, les autres sous-régions contenant des tourbillons dont les anomalies sont majoritairement intensifiées à la base de la pycnocline, avec comme particularité un changement de signe lié à la salinité des couches superficielles. Le CANUS est peuplé de tourbillons très différents en fonction de leur position par rapport à la zone frontale du Cap Vert : au Nord, des tourbillons intenses en subsurface, avec la présence de quelques Meddies ; au Sud, des tourbillons très superficiels. De même dans le BENUS, la partie au Nord de 15°S contient plutôt des tourbillons intensifiés dans les couches de surface, alors qu'au Sud du front d'Angola-Benguela, les tourbillons présentent des anomalies fortes sur une grande partie de la colonne d'eau. L'extrême Sud de cet EBUS est également le lieu de passage des Anneaux des Aiguilles. Les contributions de l'advection isopycnale et du déplacement de la colonne d'eau sur la verticale nous permettent d'affiner la description de ces différentes structures. La présence de grands types de tourbillons, à la morphologie bien distincte (cœur de surface, de subsurface, grande extension verticale, tourbillons fortement intensifiés, etc.), est confirmée par l'étude des tourbillons spécifiquement générés dans la bande côtière. L'analyse Lagrangienne de ces tourbillons nous permet également de décrire l'évolution temporelle de leur structure verticale, qui montre une homogénéité temporelle inattendue. Cette thèse présente donc plusieurs outils facilement applicables dans différentes régions océaniques pour caractériser la structure thermohaline des tourbillons et fournit pour la première fois une description des grands types de tourbillons peuplant les EBUS, soulignant la grande diversité de la mésoéchelle
Merging ~10 years of altimetry maps and vertical profiles provided by Argo floats, we aim to study in details the eddy's surface characteristics and vertical structure in the 4 major Eastern Boundary Upwelling Systems (EBUS : Peru-Chile, California, Canaries and Benguela), sharing similar large-scale dynamics. Our main results show that the eddies detected on altimetry maps in the 4 EBUS have close physical properties, with a lot of small-scale structures (radius < 40km, amplitude < 1cm and lifetime < 30 days). In contrast, the few eddies sampled by Argo floats have larger dimensions (radius of ~90-140 km, amplitude of ~3-7 cm) and longer lifetimes (6-10 months). The major bias with the analyzed vertical structure is the over representation of these large-scale eddies. The temperature and salinity anomaly mean profiles acquired by Argo floats surfacing within eddies reveals a strong heterogeneity between each of the 4 EBUS, but also within them. The eddies' vertical structure is strongly influence by the local hydrology and dynamics. For example, the subsurface-intensified eddies of the PCUS tend to be located in the Southern part of this EBUS, while the surface-intensified eddies are preferentially located near the Northern boundary of the subtropical gyre. In the CALUS, we can identify Cuddies in some coastal sub-regions, but in this EBUS, most of the eddies are intensified at the base of the pycnocline, with a reversal of the salinity anomaly compared to the surface layers. In the CANUS, the Cape Verde frontal zone separates distinct subsurface-intensified eddies and some Meddies in the North, from the Southern part, where eddies are surface-intensified. In the same way, the Angola-Benguela Front of the BENUS separates the surface-intensified eddies in the North from strong, deep-reaching anomalies in the South. The Southern-most part of the BENUS is also a preferential pathway for the large Agulhas Rings and their associated cyclones. The respective contributions of isopycnal advection and vertical displacement improve the description of these very diverse structures. The presence of several eddy-types, with distinct thermohaline properties (surface or subsurface-intensified, deep vertical extend, intense or not, etc.) is confirmed by the study of eddies generated in the coastal area of each EBUS. Their Lagrangian analysis allows us to describe the temporal evolution of their vertical structure, which shows an unexpected temporal homogeneity. This manuscript presents different efficient tools used to analyze the surface characteristics, the thermohaline properties and the temporal evolution of mesoscale eddies in the 4 major EBUS, highlighting their diversity

L'estimation des precipitations dans les systemes convectifs tropicaux d'apres la seule mesure du facteur de reflectivite radar est etudiee a partir d'un ensemble de donnees collectees en afrique sahelienne et equatoriale, dans le cadre du programme cooperatif epsat (etudes de precipitations par satellite). Ces donnees sont les mesures du radar numerise de niamey, d'un reseau de pluviographes couvrant un degre carre a l'est de niamey et des mesures de spectres granulometriques de gouttes de pluies. Il est montre que dans les pluies tropicales, les distributions de taille de gouttes sont compatibles avec le concept d'equilibre entre les processus de coalescence et de fractionnement. Ces distributions sont caracterisees par 5 pics dont la position et l'amplitude sont influencees par l'intensite de pluie r. L'expression analytique des distributions a l'equilibre est fonction du seul parametre r. Pour les pluies a l'equilibre, le facteur de reflectivite radar z et l'intensite sont lies par une fonction lineaire. Les precipitations tropicales peuvent etre decrites avec seulement deux relations applicables aux valeurs de z situees de part et d'autre du seuil d'equilibre. La methode consistant a estimer les pluies tropicales a partir de la seule mesure du facteur de reflectivite radar, en utilisant ces 2 relations, appliquee a un ensemble de cas d'observation de ligne de grain, donne de bons resultats