Analyse de l’activité d’éclairs des systèmes orageux dans le bassin du Congo

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Résumé : Cette thèse est consacrée à une analyse de l’activité d’éclairs des systèmes orageux en Afrique équatoriale (10°E – 35°E ; 15°S – 10°N) sur la période de temps 2005-2013. Tout d’abord, les données fournies par le réseau global de détection d’éclairs WWLLN (World Wide Lightning Location Network) ont été comparées à celles obtenues par le capteur optique spatial LIS (Lightning Imaging Sensor) afin d’estimer l’efficacité de détection relative du WWLLN. Ensuite, elles ont permis d’établir une climatologie régionale à haute résolution de l’activité d’éclairs. Enfin, elles ont été associées à des données sur les caractéristiques nuageuses et météorologiques pour des études de cas d’orages dans différentes situations, afin d’examiner les corrélations entre activité d’éclairs, activité orageuse, caractéristiques nuageuses et conditions météorologiques.

La méthode adaptée pour estimer l’efficacité de détection du WWLLN dans la zone d’étude a permis d’obtenir des valeurs compatibles avec celles trouvées dans d’autres régions du monde, et de mettre en évidence une variabilité spatio-temporelle qui aide à l’interprétation des changements affectant plusieurs paramètres de l’activité d’éclairs. La climatologie réalisée dévoile des caractéristiques originales de l’évolution temporelle et de la distribution spatiale de l’activité d’éclairs, notamment celles d’un maximum très aigu dans l’Est de la République Démocratique du Congo. Ainsi, la localisation, les dimensions, la forme, la persistance saisonnière et l’environnement de ce maximum ont été précisés. La distribution zonale des éclairs montre une forte proportion dans la bande tropicale sud, liée au maximum principal mais aussi à une forte activité étalée longitudinalement et constituant un large maximum secondaire où l’activité orageuse est plus variable spatialement d’une année à l’autre, temporellement d’une saison à l’autre, et où le cycle diurne est moins marqué. Une analyse des proportions d’éclairs à l’échelle de zones réduites (5°×5°) a permis de quantifier les contrastes entre différentes régions de la zone d’étude et de voir leur évolution saisonnière.

Les corrélations spatiales et temporelles trouvées entre l’activité d’éclairs, l’activité orageuse, les caractéristiques nuageuses et météorologiques montrent que le taux et la densité d’éclairs peuvent constituer un bon indicateur de l’intensité de la convection et des phénomènes microphysiques/dynamiques potentiellement dangereux. Elles permettent également de mieux comprendre les conditions météorologiques et environnementales favorables au développement des orages dans le bassin du Congo.

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Auteur : Jean Kigotsi Kasereka, THÈSE en vue de l’obtention du DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE, Présentée et soutenue SOUTENUE à l’université de KINSHASA le vendredi 11 mai 2018.

Introduction Générale

1. Contexte de l’étude

Les observations spatiales ont montré que les concentrations d’éclairs les plus élevées sur le Globe Terrestre sont pour la plupart du temps localisées sur le territoire de la République Démocratique du Congo (Christian et al., 2003 ; Williams et Stanfill, 2002 ; Collier et al., 2006 ; Cecil et al., 2014; Albrecht et al., 2011, 2016).

D’autre part, la foudre fait chaque année de nombreuses victimes humaines en République Démocratique du Congo (RDC). Comme le montre le tableau A1, en annexe, la quasi-totalité des provinces du pays est concernée. Mais il n’existe pas de structure de surveillance ni de stratégie de protection ou d’information au sujet de l’activité d’éclairs en RDC. L’information relative aux victimes de la foudre est rarement obtenue sur les sites de certains medias comme illustré par la colonne 5 du tableau susmentionné. La carence de l’information entraine une certaine ignorance sur le nombre de personnes humaines ou de bêtes tuées par la foudre chaque année en RDC. De même, il est aussi impossible d’évaluer les dégâts matériels annuels de la foudre en termes de destruction d’infrastructures ou de détérioration d’équipements et matériaux électriques ou informatiques. Le manque d’études de l’activité orageuse en Afrique centrale en général et en RDC en particulier est la cause principale de cette carence d’information et des conséquences qu’elle implique.

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Les chiffres disponibles pour la France, pays de loin moins touché par la foudre que l’Afrique Centrale, indiquent plusieurs dizaines de personnes tuées, 20.000 têtes de bétail décimées et plusieurs milliers de compteurs électriques endommagés par des surtensions et des surintensités, ainsi que des centaines de milliers d’euros remboursés aux sinistrés par les compagnies d’assurances, chaque année (Barthe, 2005).

La foudre touche aussi les activités de raffinage de pétrole, les réservoirs de stockage, les canalisations et l’industrie chimique de base (Barthe, 2005). Elle provoque aussi des feux de végétations, et par cette voie elle peut conduire à l’enrichissement significatif de la haute troposphère en oxydes d’azote et en oxydes de carbone (Barthe, 2005).

Donc, il y a intérêt à développer des compétences locales sur la physique et les dangers potentiels de ce phénomène naturel qu’est l’orage, afin de diffuser les connaissances nécessaires pour le comprendre, le prévoir et s’en protéger. En effet, la circulation des aéronefs dans le ciel de l’Afrique centrale, la production, le transport, la distribution et l’utilisation croissante de l’énergie électrique sont autant d’activités humaines qui justifient le danger potentiel des orages et des éclairs.

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La RDC est au cœur de la région la plus active au monde en termes d’éclairs et d’orages. Tous les pays limitrophes de la RDC sont concernés totalement ou en partie par la problématique de l’intensité orageuse et de la fréquence élevée d’éclairs. Quelques pays non frontaliers avec la RDC sont aussi intéressés, tels que le Gabon ou le Cameroun. L’ensemble des pays de l’Afrique les plus touchés par l’activité d’éclairs constitue à peu près l’espace correspondant aux pays dits du bassin du Congo. C’est pourquoi la zone d’étude considérée dans le présent travail sera appelée “le bassin du Congo” nonobstant ses dimensions.

Le présent travail, consacré à l’analyse de l’activité d’éclairs des systèmes orageux dans le bassin du Congo, est intéressant aussi pour la communauté scientifique internationale étant donné l’insuffisance d’études de ce type en Afrique Centrale alors que cette région est de loin la plus active en termes d’orages. Il permettra de former des utilisateurs potentiels des futures données spatiales dans le domaine de l’électricité atmosphérique et de la météorologie dynamique en général. En effet, le satellite géostationnaire Météosat 3ème génération (MTG) prévu à l’horizon 2020 portera un instrument optique de détection d’éclairs (LI comme Lightning Imager) et le microsatellite défilant du CNES (Centre National d’Etudes Spatiales de la France), TARANIS, fera aussi de la détection d’éclairs et de phénomènes lumineux transitoires de type “sprite” et “jet”. Ces données nécessiteront des utilisateurs et/ou des experts formés dans cette physique des phénomènes orageux, notamment dans les pays qui se voient les plus touchés par les orages tels que les pays de l’Afrique Centrale.

2. Problématique

Comme le bassin du Congo est la région la plus active de la planète en termes d’activité d’éclairs, la prévision de l’activité orageuse est d’une grande importance pour les pays concernés. Il est également important d’établir les liens entre les éclairs et les autres phénomènes violents associés à des orages tels que les pluies convectives et les vents violents, en vue d’améliorer la prévision des orages à court terme et de mieux prévenir les risques de foudre et d’autres phénomènes violents associés à des orages. Il est aussi utile de connaitre comment les éclairs, produits par les orages dans le bassin du Congo, sont répartis dans l’espace et comment ils évoluent dans le temps.

Ainsi l’étude consacrée à l’analyse de l’activité d’éclairs dans le bassin du Congo doit aborder plusieurs questions scientifiques répertoriées ci-dessous :

1) Pourquoi les systèmes orageux survenant dans le bassin du Congo sont-ils les plus actifs au monde en termes d’éclairs?

2) Quelle est l’efficacité de détection d’éclairs pour des systèmes à grande échelle tels que le world wide lightning location network (WWLLN) dans le bassin du Congo?

3) Comment les éclairs émis par les orages dans le bassin du Congo sont-ils distribués dans l’espace et évoluent-ils dans le temps?

4) Quelles informations les éclairs peuvent-elles apporter au sujet de l’activité orageuse dans le bassin du Congo ?

5) Quelle est la contribution des lacs et de l’orographie à l’activité orageuse dans le bassin du Congo ?

6) Quelle est l’origine de la surabondance de l’humidité qui alimente l’instabilité convective au point de produire une intense activité orageuse dans le bassin du Congo?

7) Quelles sont les zones et les conditions de formation des orages dans le bassin du Congo?

8) Comment les structures orageuses évoluent-elles et comment les cellules orageuses interagissent-elles?

3. Intérêt du travail

L’intérêt de ce travail réside d’une part dans la mise en évidence de l’information utilisable pour développer une stratégie de protection contre les risques des orages et de la foudre. D’autre part, l’utilité de ce travail se rapporte à des ouvertures qu’il permettra dans le domaine de la recherche ou de la prévision opérationnelle.

4. Objectifs 

Objectif général : l’objectif général de cette thèse est de contribuer à l’étude de l’activité orageuse dans le bassin du Congo. 

Objectifs spécifiques : le présent travail de thèse poursuit trois objectifs spécifiques, à savoir :

– Déterminer l’efficacité de détection du réseau global WWLLN dans le bassin du Congo.

– Décrire l’évolution spatio-temporelle de l’activité d’éclairs dans le bassin du Congo.

– Examiner les corrélations entre l’activité d’éclairs du bassin du Congo et les caractéristiques nuageuses d’une part et entre cette activité orageuse et les paramètres météorologiques d’autre part.

5. Structure du document

La structure de cette thèse comporte quatre parties hormis l’introduction générale et la conclusion. La première partie est consacrée à la revue de la littérature sur le phénomène orageux. Dans la deuxième partie, nous développons une climatologie à haute résolution de l’activité d’éclairs dans le bassin du Congo à l’échelle régionale. La troisième partie est destinée à l’étude des corrélations entre l’activité d’éclairs et les caractéristiques nuageuses, à partir de l’étude de quelques cas d’orages. Les résultats trouvés dans le travail sont discutés dans la quatrième partie.

Voir le texte intégral : Analyse de l’activité d’éclairs des systèmes orageux dans le bassin du Congo.

Citation :  Jean Kigotsi Kasereka. Analyse de l’activité d’éclairs des systèmes orageux dans le bassin du Congo. Météorologie. Université Paul Sabatier – Toulouse III; Université de Kinshasa, 2018. Français. ⟨NNT : 2018TOU30187⟩. ⟨tel-02414789⟩

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