Thèse Modélisation Couplée Arobase à Haute-Résolution pour la Compréhension des Processus Physiques à l'Interface Air-Mer et Turbulents en Situations de Medicane H/F - Doctorat_Gouv

Établissement : Institut National Polytechnique de Toulouse
École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace
Laboratoire de recherche : CNRM - Centre National de Recherches Météorologiques
Direction de la thèse : Cindy LEBEAUPIN BROSSIER ORCID 0000000221041296
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59Les medicanes sont des tempêtes méditerranéennes ayant des propriétés proches de celles des cyclones tropicaux et de dépression frontale. Bien que plus petits que les cyclones tropicaux, ces systèmes, qui se produisent 1 à 3 fois par an, conduisent à des vents forts, des pluies intenses et parfois à des crues soudaines et phénomènes de submersion. Les processus de très fine échelle dans l'atmosphère et à la surface de la mer Méditerranée jouant sur les medicanes sont encore peu connus. En particulier, des études récentes à partir de modèles de recherche couplés à résolution kilométrique montrent un impact du couplage air-mer similaires aux cas de cyclones tropicaux. Pour mieux comprendre et étudier ces processus, une utilisation des récents développements de modélisation couplée dans le cadre du projet transverse AROBASE (Application de la Recherche à l'Opérationnel pour l'assemBlage d'AROME avec des Systèmes Environnementaux) du CNRM est ici proposée.
Le travail de thèse proposé conduira à mettre en place une configuration du système AROBASE (couplages des modèles d'atmosphère AROME, d'océan NEMO et de vagues MFWAM) pour une étude du medicane Ianos, survenu en Méditerranée Centrale mi-septembre 2020. Une première configuration de référence à résolution kilométrique permettra d'évaluer la représentation du phénomène à l'échelle kilométrique et les interactions entre les deux couches limites. Dans une deuxième étape, le système AROBASE sera passé à une plus haute résolution horizontale (750 m ou moins) et un raffinement de la grille verticale (avec un premier niveau à une hauteur de seulement 2.5 m) pour l'atmosphère pour évaluer en couplé les gains apportés. La thèse étudiera la représentation physique des processus de très fine échelle: flux turbulents de surface dont évaporation et aspects turbulence dans la couche limite liés aux vents forts ou précipitations intenses associés au medicane. En particulier, les hypothèses pour le calcul des flux turbulents qui pourront être revus par les résultats obtenus pendant la thèse.
Au cours de la thèse, les résultats des simulations seront comparés aux observations disponibles et analysés au travers de la mise au point de bilans. L'utilisation d'une simulation à très haute résolution atmosphérique dite Large Eddy Simulation (LES) couplée océan-atmosphère actuellement réalisée au LAERO sur ce même cas de medicane permettra de valider la modélisation AROBASE mise en oeuvre au cours de la thèse. Plus largement, ces travaux seront partagés avec une communauté nationale et internationale travaillant sur les cyclones méditerranéens.

Les medicanes sont des tempêtes méditerranéennes ayant des propriétés proches de celles des cyclones tropicaux et de dépression frontale. Bien que plus petits que les cyclones tropicaux, ces systèmes, qui se produisent 1 à 3 fois par an, conduisent à des vents forts, des pluies intenses et parfois à des crues soudaines et phénomènes de submersion.
Le medicane Ianos, survenu mi-septembre 2020, l'un des plus puissants jamais enregistrés, a fait l'objet d'études approfondies ces dernières années (e.g. Comellas Prat et al. 2021; Lagouvardos et al., 2022 ; Ferrarin et al., 2023; Varlas et al. 2023; Mishra et al. 2024, Pantillon et al. 2024; Sànchez et al. 2024). Ianos s'est formé au-dessus d'eaux anormalement chaudes près des côtes libyennes et s'est intensifié au-dessus de la mer Ionienne. Ianos s'est caractérisé par une structure compacte et axisymétrique, organisée autour d'un centre dégagé de nuages (oeil) durant sa phase mature, comme l'ont observé les données radar satellitaires. Il a touché terre en Grèce avec des vents enregistrés de près de 40 m/s, provoquant d'importants dégâts en raison de leur combinaison avec de fortes pluies et une submersion marine.
Les processus de très fine échelle dans l'atmosphère et à la surface de la mer Méditerranée jouant sur les medicanes sont encore peu connus. En particulier, des études récentes à partir de modèles de recherche couplés à résolution kilométrique montrent un impact du couplage air-mer similaires aux cas de cyclones tropicaux (Bouin et Lebeaupin Brossier, 2020a; 2020b; Karagiorgos et al 2024, Brumer et al 2026).

L'objectif de la thèse est d'étudier et mieux comprendre les processus de fine et très-fine échelle dans l'atmosphère et à la surface de la mer Méditerranée jouant sur les medicanes. Pour cela, une utilisation de la modélisation couplée océan-atmosphère-vagues AROBASE est ici proposée d'abord à résolution kilométrique puis pas des tests à résolution horizontale et verticale plus fines pour l'atmosphère. Des simulations réalistes du cas du medicane Ianos, ayant touché la Méditerranée Centrale en septembre 2020 seront réalisées et analysées. L'analyse portera plus particulièrement sur la représentation des flux turbulents de surface dont l'évaporation et sur les processus dans la couche limite liés en situation de vent fort ou précipitations intenses.

Le travail qui devra être conduit pendant la thèse est le suivant:
- mise en place d'une configuration du modèle AROBASE (couplages complet atmosphère-océan-vagues incluant les modèles atmosphérique AROME, océanique NEMO et de vagues MFWAM) pour une étude du medicane Ianos permettant d'évaluer la représentation du phénomène à l'échelle kilométrique et les interactions entre les deux couches limites. Cette étape du travail consistera à créer un nouveau domaine d'exécution et à effectuer les réglages des paramétrisations de la physique les plus pertinents pour l'étude. Les résolutions attendues sont de 1.3 km pour le modèle atmosphère (i.e. la résolution actuelle du modèle opérationnel de prévision numérique du temps AROME), 2-3 km (1/36°) pour les modèles de vagues et océanique ;
- passage et évaluation du système AROBASE à une très haute résolution pour l'atmosphère correspondant à une résolution de 750 m ou moins sur l'horizontale et à une grille verticale plus resserrée près de la surface sur ce même cas d'étude pour évaluer en couplé les gains apportés. Si les options de calcul le permettent, des évolutions des grilles horizontales (typiquement 2 fois plus résolues) pour les compartiments vagues et océan seront également testées;
- étude de la représentation physique des processus de très fine échelle, en particulier les flux turbulents de surface dont l'évaporation et les aspects turbulence dans la couche limite liés aux vents forts ou précipitations intenses associés aux medicanes. En particulier, le raffinement vertical avec un premier niveau à une hauteur de seulement 2.5 m interroge les hypothèses pour le calcul des flux turbulents qui pourront être revus par les résultats obtenus pendant la thèse ;
Au cours de la thèse, les résultats des simulations seront comparés aux observations disponibles et analysés au travers de la mise au point de bilans. L'utilisation d'une simulation de référence à très haute résolution atmosphérique dite Large Eddy Simulation (LES) couplée océan-atmosphère actuellement réalisée au LAERO sur ce même cas de medicane permettra de valider la modélisation AROBASE mise en oeuvre au cours de la thèse. Plus largement, ces travaux seront partagés avec une communauté nationale et internationale travaillant sur les cyclones méditerranéens.

- Master en sciences de l'atmosphère, océanographie physique ou équivalent, avec idéalement une expérience préalable en modélisation
- Intérêt pour l'analyse de processus physiques complexes et pour leurs représentations numériques
- Capacité à travailler en équipe
- Bonne communication écrite et orale, y compris en anglais
- Curiosité intellectuelle, rigueur et autonomie