- présentation
- domaines de recherche
- projets
- enseignement
- publications
- liens
- mes chroniques météo
- <
Domaines de recherche
Précipitations et crues extrêmes
Ces études visent à déterminer les précipitations et les crues extrêmes en Suisse pour des temps de retour plus longs que les séries de mesures disponibles à partir d'analyses statistiques et de modélisations à l'aide de modèles météorologiques et hydrologiques en vue de proposer des mesures de protection efficaces contre les crues.
Les intempéries et les crues préoccupent les chercheurs et la population, car ils représentent les dangers naturels provoquant le plus de dégâts aux infrastructures humaines en Suisse et leur fréquence tend à augmenter avec le changement climatique. Il convient de déterminer les précipitations et les crues extrêmes avec des temps de retour suffisamment long (jusqu'à 10'000 ans) pour dimensionner des ouvrages de protection efficaces contre ces événements météorologiques et hydrologiques extrêmes.
Dans ce but, l'Office fédéral de l'Energie (OFEN, section des barrages) a financé le projet de recherche Cruex pour établir une directive fédérale sur les crues auquel a participé plusieurs laboratoires de l'EPFL (LCH, LASEN, HYDRAM) et bureaux privés (Hertig & Lador, e-dric, Crealp). J'ai contribué à ce projet depuis l'an 2006 en tant que MER à l'IGD en déterminant les précipitations journalières pour un temps de retour de 500 ans à plus de 400 endroits en Suisse à partir d'analyses statistiques fréquentielles (Gumbel) effectuées sur des séries de mesures pluviométriques de 50 ou 100 ans après avoir vérifié l'efficacité de ces méthodes statistiques (Fallot, 2012 ; Fallot et Hertig, 2013). Parallèlement, les précipitations maximales probables (PMP) avec un temps de retour d'au moins 10'000 ans ont été calculées avec un modèle météorologique développé au LASEN de l'EPFL et par le bureau Hertig & Lador pour l'ensemble de la Suisse avec une résolution horizontale de 2 km et pour différentes durées de pluie, de 1h à 24h (Audouard et al., 2006; Fallot et al., 2017). Les résultats de ces modélisations ont été contrôlés avec les valeurs des précipitations extrêmes cincentennales estimées à partir des analyses statistiques.
Ces PMP ont ensuite servi de base pour calculer des crues maximales probables (PMF) dans plusieurs bassins-versants en Suisse pour un temps de retour d'au moins 10'000 ans. Pour cela, un modèle hydrologique contenant une méthode de distribution spatio-temporelle fine des pluies extrêmes a notamment été développé dans le cadre de la thèse de Ramona Receanu réalisée à l'IGD sous la direction de J.-M. Fallot de l'an 2010 à 2013 en collaboration avec le Dr- J.-A. Hertig du bureau Hertig & Lador. Ce modèle permet de simuler les précipitations et les crues extrêmes à une échelle fine dans des petits bassins versants alpins non glaciaires à partir de PMP calculées pour l'ensemble de la Suisse à une échelle de 2 km ou de pluies mesurées sur le terrain en quelques endroits (Receanu et al., 2012 ; Receanu, 2013 ; Receanu et al., 2013 ; Hertig et al., 2014).
Références
Audouard A., Hertig J.-A., Fallot J.-M., 2006 : Modélisation des précipitations extrêmes en Suisse. Actes du 19ème colloque de l'Association Internationale de Climatologie, Epernay, 6-9.09.2006, p. 83-88.
Fallot J.-M., 2012: Efficiency of Gumbel analyses for determining extreme daily precipitation in Switzerland. 4th Conference on Air Water Components of the Environment, March 23-24, 2012, Cluj-Napoca, Romania, p. 1-8.
Fallot J.-M., Hertig J.-A., 2013 : Détermination des précipitations extrêmes en Suisse à l'aide d'analyses statistiques et augmentation des valeurs extrêmes durant le 20ème siècle. Mémoire de la Société vaudoise des sciences naturelles, 25, p. 13-24.
Receanu R., 2013 : Simulation fine des précipitations et des crues extrêmes. Application aux petits bassins versants alpins non glaciaires. Thèse de doctorat présentée à la Faculté des géosciences et de l'environnement de l'Université de Lausanne (Suisse), 220 p.
Receanu R., Hertig J.-A., Fallot J.-M., 2012 : The estimation of PMP and PMF on alpine basins in Switzerland. 4th Conference on Air Water Components of the Environment, March 23-24,2012, Cluj-Napoca, Romania, p. 212-219.
Receanu R., Hertig J.-A., Fallot J.-M., 2013 : Modélisation hydrologique des précipitations et des crues extrêmes dans les bassins versants alpins. Mémoire de la Société vaudoise des sciences naturelles, 25, p. 25-44.
Hertig J.-A., Receanu R., Fallot J.-M., 2014 : PMP-PMF and their occurrence probability in alpine regions by 2-3D modelling. River Flow 2014. Proceedings International Conference on Fluvial Hydraulics, Lausanne, Switzerland, 3-5.09.2014, p. 267-274.
Fallot J.-M., Hertig J.-A., Receanu R., Zeimetz F., 2017 : Détermination des précipitations extrêmes et des crues extrêmes en Suisse à l'aide de la méthode PMP-PMF. Bulletin de la Société Géographique de Liège, 68 (1), p. 77-96.
Topoclimatologie
Ces études s'intéressent aux effets de la topographie régionale et locale sur plusieurs paramètres climatiques (températures, précipitations, vent, …). Pour cela, elles comportent des mesures sur le terrain et des essais de modélisation en vue de déterminer ces effets dans les 3 dimensions dans différentes régions de Suisse.
Ces études ont également porté sur l'influence micro-locale de la topographie et de la nature du sol sur quelques paramètres climatiques (température, ventilation) dans certains milieux en montagne comme les éboulis.
Plus d'informations sur ces études dans le projet en cours sur les études topoclimatiques dans les Alpes vaudoises (Projet RECHALP).
Variabilité du climat
Ces études cherchent à déterminer les tendances observées à long terme (échelle du siècle) pour quelques paramètres climatiques en Suisse à partir d'analyses statistiques sur les séries de mesures disponibles. Ces études s'intéressent aussi à l'évolution de certains phénomènes météorologiques extrêmes (précipitations) en lien avec le changement climatique.
Le climat s'est globalement réchauffé de 2°C à l'échelle annuelle en Suisse de l'an 1900 à 2017, soit environ 2 fois plus qu'à l'échelle de la Terre. Il s'agit de voir si un tel réchauffement influence d'autres paramètres climatiques comme les précipitations ou la fréquence de certains risques climatiques. Dans un premier temps, j'ai analysé les précipitations moyennes et les nombres de jours de pluie par saison et par an pour 151 séries de mesures pluviométriques en Suisse de l'an 1900 à 2009. Ces analyses révèlent que les précipitations moyennes ont augmenté durant le 20ème siècle pour toutes les saisons, sauf en été, avec une hausse la plus marquée en hiver. Les nombres de jours de pluie ont également augmenté en hiver, mais moins fortement que les précipitations moyennes, alors qu'ils tendent à diminuer légèrement durant les autres saisons. On en déduit que l'intensité moyenne des précipitations s'est accrue en Suisse durant le 20ème siècle en toutes saisons (Fallot, 2010).
Des analyses similaires ont également été réalisées pour les précipitations extrêmes mesurées à 151 endroits du pays depuis l'an 1900. Elles révèlent que les valeurs journalières maximales des précipitations mesurées chaque année tendent à augmenter depuis l'an 1900 pour 90% des stations en Suisse (Fallot, 2011). La fréquence des fortes précipitations a également augmenté en Suisse de l'an 1975 à 2000 (Fallot, 2001 ; Attinger et Fallot, 2003). De telles tendances apparaissent aussi ailleurs dans le monde en relation avec le réchauffement global du climat.
J'avais auparavant mené des recherches sur la variabilité de l'enneigement en Russie dans le cadre d'un stage post-doc à Boulder aux USA en 1993-94 financé par le Fonds National suisse de la Recherche Scientifique. Elles ont montré que l'enneigement tend effectivement à diminuer durant le 20ème siècle dans les régions les moins froides de la Russie en relation avec le réchauffement du climat. Par contre, il ne varie guère dans les autres régions plus froides de ce pays (Fallot et Barry, 1995 ; Fallot et al., 1997).
Références
Attinger S., Fallot J.-M., 2003 : Fréquence des intempéries et des précipitations abondantes en Valais (Alpes Suisses Occidentales) durant le 20ème siècle. Publications de l'Association Internationale de Climatologie, Volume 15, p. 253-259.
Fallot J.-M, 2001 : Evolution du nombre de jours avec des précipitations abondantes en Suisse durant le 20ème siècle. Publications de l'Association Internationale de Climatologie, Volume 13, p. 100-109.
Fallot J.-M., 2010 : Evolution de l'intensité moyenne et de la fréquence des précipitations en Suisse de 1901 à 2009. Actes du 23ème colloque de l'Association Internationale de Climatologie (AIC), Rennes, France, 1-5.09.2010, p. 249-254.
Fallot J.-M., Barry R.G., 1995 : Variations des températures, des précipitations et des hauteurs de neige moyennes de la saison froide mesurées durant le 20ème siècle dans la CEI. Publications de l'Association Internationale de Climatologie, Volume 8, p. 311-319.
Fallot J.-M., Barry R.G., Hoogstrate D., 1997 : Variations of mean cold season temperature, precipitation and snow depths during the last 100 years in the Former Soviet Union. Journal of Hydrological Sciences, Vol. 42 (3), p. 301-327.
Vent et potentiel éolien
Ces études cherchent à déterminer les vents extrêmes et le potentiel éolien dans différentes régions en Suisse à partir d'analyses statistiques et de modélisations. Ces études ont également porté sur les vents faibles, en particulier les brises thermiques, en relation avec la pollution de l'air.
Les tempêtes ou les rafales d'orage peuvent provoquer d'énormes dégâts aux infrastructures humaines si elles sont mal dimensionnées face à ce danger naturel. Pour cela, les vitesses des vents extrêmes ont été déterminées pour plusieurs directions et un temps de retour de 50 ans à 72 endroits de la Suisse à partir d'analyses statistiques fréquentielles (Gumbel) effectuées sur des séries de mesures de 20 ans. Mais ces vitesses varient fortement d'un endroit à l'autre dans une topographie accidentée comme celle de la Suisse, si bien qu'elles ne peuvent pas être extrapolées linéairement pour l'ensemble du pays à partir de ces valeurs ponctuelles. Les vitesses des vents extrêmes ont donc également été calculées pour des temps de retour de 50 ans avec un modèle météorologique développé par le LASEN de l'EPFL (Dr. J.-A. Hertig) pour l'ensemble de la Suisse à une résolution horizontale de 2 km. Les résultats de ces modélisations ont été contrôlés avec les valeurs des vents extrêmes cinquantennales estimées à partir des analyses statistiques. Ces modélisations ont ensuite permis d'établir une carte des pressions dynamiques qui sert de référence aux ingénieurs et architectes pour dimensionner les constructions humaines dans les différentes régions de Suisse (Fallot et Hertig, 2008).
Le vent constitue aussi une source d'énergie renouvelable, pour autant qu'il souffle en moyenne suffisamment fortement et régulièrement pour assurer une productivité électrique rentable par des éoliennes. Dans le cadre de recherches en partie financées par l'Office fédéral de l'Energie, le LASEN de l'EPFL et le bureau Hertig & Lador ont développé des méthodes statistiques (méthodes corrélation – prédiction) et des modèles météorologiques pour déterminer le potentiel éolien à une échelle fine dans une topographie complexe (Fallot et al., 2002 ; Youcef Ettoumi et al., 2003). Celui-ci varie très fortement d'un endroit à l'autre en fonction de la ventilation et de la topographie. Ces études et outils permettent de déterminer les endroits les plus favorables et rentables pour l'implantation des éoliennes en Suisse au niveau météorologique.
J'ai participé à ces études sur les vents essentiellement en tant que collaborateur au LASEN-EPFL et employé au bureau Hertig & Lador en réalisant des analyses climatologiques des mesures in situ disponibles pour initialiser les calculs des modèles météorologiques et contrôler les résultats obtenus. J'avais auparavant participé en tant qu'assistant à l'Université de Fribourg à des recherches sur les courants d'origine thermique (brises) dans quelques vallées préalpines (Sarine en Gruyère) et alpines (Rhône dans le Chablais et en Valais) en relation avec la pollution de l'air. Ces recherches financées par le Fonds national suisse de la recherche scientifique dans les années 1980 et 1990 avaient pour objectif de caractériser les brises dans les 3 dimensions dans une topographie complexe à partir de mesures in situ et de modélisations des écoulements, car ces courants thermiques sont souvent les plus critiques au niveau de la qualité de l'air (Fallot, 1988, 1990, 1991 et 1992). Ces différentes recherches m'ont permis d'acquérir des compétences sur les vents utiles pour l'enseignement de cours et la direction de travaux personnels d'étudiants à l'IGD.
Références
Fallot J.-M., 1988 : Etude des brises thermiques d'une grande vallée préalpine suisse : la vallée de la Sarine en Gruyère. Mesures sur le terrain et essais de modélisation des écoulements. Presses universitaires de Liège, p. 75-96.
Fallot J.-M., 1990 : Modélisation des vents de vallée dans une topographie préalpine complexe (la vallée de la Sarine en Gruyère). Publications de l'Association Internationale de Climatologie, Volume 3, p. 325-334.
Fallot J.-M., 1991 : Etude de la ventilation de la vallée de la Sarine. Geographica Helvetica 1991/1, p. 32-41.
Fallot J.-M., 1992 : Etude de la ventilation d'une grande vallée préalpine suisse : la vallée de la Sarine en Gruyère. Thèse N° 995 présentée à la Faculté des Sciences de l'Université de Fribourg, IGUF, 475 p.
Fallot J.-M., Hertig J.-A., Hug Ch., Goulpié P., 2002 : Evaluation du potentiel éolien dans le Jura Suisse. Publications de l'Association Internationale de Climatologie, Volume 14, p. 311-318.
Fallot J.-M., Hertig J.-A., 2008 : Détermination des vents extrêmes à l'aide d'analyses statistiques et de modélisations numériques dans une topographie accidentée en Suisse. Bulletin Société de Géographie de Liège, Vol. 51, p. 31-47.
Youcef Ettoumi F., Fallot J.-M., Sauvageot H., Adane A., 2003 : Evaluation de l'énergie éolienne par distribution de Weissbull. Publications de l'Association Internationale de Climatologie, Volume 15, p. 212-219.
Pollution de l'air
Ces études comportent des analyses des mesures sur le terrain et des calculs des concentrations (immissions) des polluants atmosphériques dans les 3 dimensions à l'aide de modèles météorologiques et de dispersion plus ou moins complexes en vue de déterminer leurs impacts atmosphériques et de proposer des mesures pour améliorer la qualité de l'air.
La pollution de l'air préoccupe les chercheurs, les autorités et le grand public depuis une quarantaine d'années avec le problème du dépérissement des forêts en Suisse, puis avec celui de la santé. J'ai participé à plusieurs grands projets de recherche menés sur la pollution de l'air dans les années 1980 et 1990 avec notamment Pollumet et le PNR14. Ces projets ont notamment permis de mieux connaître les paramètres météorologiques et chimiques influençant le transport, la dispersion et les concentrations des polluants atmosphériques avec la mise au point de modèles météorologiques et de dispersion des polluants tridimensionnels permettant de reproduire ces paramètres. De nombreuses mesures sur le terrain ont été réalisées dans plusieurs régions tests de la Suisse pour calibrer ces modèles. Une méthodologie a également été développée pour effectuer des prévisions d'immission atmosphériques à l'échelle annuelle ou journalière avec ces modèles pour des études environnementales régionales et locales, en particulier des études d'impact atmosphériques (Fallot et al., 1993). D'autres outils plus simples (formules empiriques) ont été développés pour estimer rapidement les concentrations de certains polluants atmosphériques (Fallot et Hertig, 1998). Ces recherches ont montré que les concentrations des polluants mesurées en Suisse ont essentiellement une origine locale et qu'elles sont assez peu influencées par des polluants transportés sur de longue distance depuis les autres pays excepté pour l'ozone.
La ventilation et la qualité de l'air dans les tunnels routiers et ferroviaires retiennent également l'attention des chercheurs après les gros accidents et incendies survenus dans certains de ces tunnels en l'an 2000 (Gotthard, Mont Blanc, Tauern). Des mesures météorologiques et de qualité de l'air aux portails (et à l'intérieur) de quelques tunnels autoroutiers (A16 dans le Jura) et ferroviaire (Mont d'Or) ont été réalisés et des modèles spécifiques ont été développés en vue de caractériser et de simuler la ventilation et les concentrations des polluants atmosphériques à l'intérieur et aux portails de ces tunnels (Fallot et al., 2006 ; Fallot et Hertig, 2008).
J'ai participé à ces diverses études de la pollution de l'air essentiellement en tant que collaborateur au LASEN-EPFL et employé au bureau Hertig & Lador. Elles m'ont permis d'acquérir des compétences dans ces domaines utiles pour l'enseignement de cours et la direction de travaux personnels d'étudiants à l'IGD.
Références
Fallot J.-M., Hertig J.-A., Efrancey N., Torche C., 1993 : Etudes d'impact atmosphérique et méthodologie pour le cas de projets dans une topographie tourmentée. Cahiers de l'Institut de Géographie de Fribourg "UKPIK" N° 9, p. 67-91.
Fallot J.-M., Hertig J.-A., 1998 : Evaluation des concentrations moyennes annuelles de NO2 au bord des routes. Publications de l'Association Internationale de Climatologie, Volume 11, p. 311-318.
Fallot J.-M., Hertig J.-A., Engel R., Brena A., 2006 : Etude de la ventilation dans un tunnel ferroviaire avec une pente ascendante unique : le tunnel du Mont d'Or (Jura Fr/CH). Actes du 19ème colloque de l'Association Internationale de Climatologie, Epernay, France, 6-9.09.2006, p. 243-248.
Fallot J.-M., Hertig J.-A., 2008 : Influence des paramètres climatiques et chimiques sur la qualité de l'air aux portails des tunnels autoroutiers dans le Jura suisse. Actes du 21ème colloque de l'Association Internationale de Climatologie (AIC), Montpellier, France, 9-13.9.2008, p. 249-254.
Climat urbain
Ces études comportent des mesures sur le terrain et des essais de modélisation en laboratoire en vue de déterminer l'influence des villes dans les 3 dimensions sur certains paramètres climatiques comme la température et les vents.
Les villes influencent le climat local en favorisant notamment la formation d'îlots de chaleur urbains qui peuvent ensuite engendrer une mauvaise ventilation et qualité de l'air près du sol. Des études ont été menées dans plusieurs villes de Suisse dans les années 1980, afin de caractériser l'ampleur de ces îlots de chaleur urbains dans les 3 dimensions au gré des situations météorologiques à partir de mesures sur le terrain et de modélisations en laboratoire des écoulements. Ces études ont permis d'identifier les facteurs à l'origine des îlots de chaleur urbains et de proposer des mesures pour les affaiblir. La végétalisation des villes avec la création d'espaces verts ou de bassins d'eau contribue à atténuer ces îlots de chaleur urbains et à améliorer le bien-être de la population, notamment en été en cas de grande chaleur (Fallot et Rebetez, 2008). J'ai participé à de telles études dans la ville de Fribourg en Suisse (Fallot et de Buman, 1987 ; Fallot, 1986, Fallot et al., 1986, Roten et al., 1984), ainsi que dans les villes de Nice et de Lisbonne (Fallot et Alcoforado, 1988) en tant qu'assistant de recherche à l'Université de Fribourg.
Références
Fallot J.-M., Rebetez M., 2008 : Villes et climat. Vues sur Villes n°21, Institut de Géographie, Université de Lausanne, novembre 2008, 8 p.
Fallot J.-M., Alcoforado M.-J., 1988 : Mesures de l'influence de l'îlot de chaleur urbain de Lisbonne sur les écoulements régionaux en été. Presses universitaires de Liège, p. 57-74.
Fallot J.-M., de Buman A.-M., 1987 : Modélisation des influences orographiques et urbaines de l'agglomération fribourgeoise sur les écoulements régionaux. Cahiers de l'Institut de Géographie de Fribourg "UKPIK" N° 5, p. 59-72.
Fallot J.-M., 1986 : Influence d'une petite ville à topographie tourmentée sur la ventilation régionale. Cahiers de l'Institut de Géographie "UKPIK" N° 4, p. 63-79.
Roten M., Ruffieux D., Fallot J.-M., 1984 : Research on the climate of Fribourg (Switzerland), a city of 50'000 with unusual topographical conditions. Energy and Buildings N° 7, p. 117-137.