KASKADE

KASCADE est une initiative du Laboratoire de Modélisation des Transferts dans l’Environnement (LMTE), CEA Cadarache et du Laboratoire d’Aérologie, Université de Toulouse – CNRS. Le projet est consacré aux processus de la couche limite sur des terrains complexes dans un contexte d’évaluation de l’impact sanitaire. L’une des principales questions est d’améliorer la compréhension du modèle de vent dominant au moyen d’observations (campagne de terrain KASCADE) et de la modélisation à méso-échelle.

La campagne de terrain a consisté en une combinaison de systèmes de profilage (SODAR, ballon captif, radiosondages), d’observations de turbulence et de rayonnement (tour de divergence de flux), et d’observations météorologiques standard sur différents sites. De cette façon, la campagne de terrain est conçue pour étudier le rôle de plusieurs paramètres clés pour la formation d’une couche limite stable et les vents (de vallée) qui en découlent.

OBJECTIFS

L’un des facteurs importants qui déterminent l’impact environnemental des particules et des gaz est leur dispersion atmosphérique, qui est elle-même largement contrôlée par la stabilité de l’atmosphère. Pendant la journée, en raison du réchauffement de la surface par le rayonnement solaire, des couches limites convectives se développent jusqu’à environ 1 – 2 km agl. Cette couche est efficacement mélangée, transportant la chaleur, l’humidité et les espèces atmosphériques à l’état de traces verticalement dans toute la profondeur de la couche limite au moyen d’une convection turbulente. Une fois qu’elles ont atteint les couches supérieures, ces espèces traces peuvent être transportées par des vents à plus grande échelle. Dans de telles situations de convection, la dilution atmosphérique est relativement importante, et les concentrations atmosphériques près de la surface sont donc plus faibles.

Au contraire, pendant les nuits claires, lorsque la surface du sol est refroidie, une stratification stable se développe, qui peut s’étendre jusqu’à quelques centaines de mètres. De plus, la turbulence est généralement faible ou même absente, et la dilution des polluants est faible. Les concentrations dans la partie la plus basse de l’atmosphère peuvent donc être élevées dans ces conditions, ce qui fait de la couche limite stable la situation la plus pénalisante pour l’évaluation des impacts.

Les conditions propices à ces situations pénalisantes, associées à la stabilité atmosphérique, se retrouvent en cas de forçage synoptique faible et de ciel clair. De telles conditions se rencontrent fréquemment en Provence où l’orographie est complexe, comme c’est le cas autour du site du CEA Cadarache, avec le développement régulier de vents de vallée dans la moyenne vallée de la Durance et ses affluents. Pour étudier le comportement des vents de vallée, le projet KASCADE (KAtabatic winds and Stability over CAdarache for Dispersion of Effluents) a été conçu. Il consiste en deux campagnes de terrain complémentaires menées dans et près de la vallée de Cadarache.

La première, appelée KASCADE 2013 et se concentrant sur la structure verticale des paramètres atmosphériques, a été menée durant l’hiver 2013 incluant des observations continues (tour de flux, réseau d’observation Sodar et Cadarache) couvrant une période de 3 mois et 23 périodes d’observation intensive (IOPs) durant lesquelles des expériences en ballon captif ont été menées et des radiosondages ont été lancés.

Le second, appelé KASCADE 2017, a été conçu pour étudier l’hétérogénéité spatiale des paramètres atmosphériques dans la vallée de Cadarache pendant l’hiver – printemps 2017. Des mesures en continu ont été réalisées (principalement près du sol) avec 21 stations météorologiques. Des radiosondages et des profils de ballons captifs ont été ajoutés pendant 14 IOPs pour compléter les observations continues.