Si des vagues immenses peuvent ravir les surfeurs, elles peuvent aussi causer, dans les zones côtières, de lourdes pertes de vies humaines et occasionner des dégâts considérables à l’infrastructure ainsi qu’aux activités socio-économiques, telles que la pêche, les opérations portuaires et la gestion des loisirs.
Les phénomènes de forte houle peuvent naître loin des côtes dans des conditions cycloniques et se propager pendant plusieurs jours avant d’atteindre les terres. Au cours de cette période, les conditions météorologiques dans les régions côtières sont souvent tout à fait tempérées, et les gens vaquent à leurs activités sans avoir vraiment conscience de l’évolution du phénomène. Si la zone concernée n’est pas alertée au plus tôt, les fortes houles peuvent la frapper par surprise et avoir des conséquences dévastatrices. Les photographies ci-dessous montrent des dégâts causés par un épisode de forte houle.
Les fortes houles sont difficiles à prévoir, étant donné la distance à laquelle elles peuvent se former. Les prévisionnistes doivent prendre en compte beaucoup d’éléments de la situation météorologique et analyser de nombreux types de données pour détecter le phénomène, le prévoir avec précision et lancer des avis précoces permettant de réduire le plus possible son impact.
Le présent cours a pour objectif d’améliorer la capacité des spécialistes de la prévision météorologique maritime à prévoir des phénomènes maritimes extrêmes liés à de fortes houles. Pour ce faire, il fournit des informations générales sur les vents et les vagues, et présente un processus de surveillance et de prévision des manifestations de forte houle utilisant tout un éventail de données, notamment les données sur le vent du diffusiomètre ASCAT et le produit EFI du CEPMMT, l’indice de prévision d’événements extrêmes, qui est utile pour vérifier les résultats de modèle et améliorer la qualité des prévisions de forte houle. Le processus de prévision est appliqué à deux cas survenus sur la façade atlantique marocaine. Le premier cas examine le processus de prévision en détail, tandis que le deuxième met en lumière des aspects particuliers.
Public visé
Le présent cours s’adresse aux prévisionnistes des services d’exploitation dans le domaine maritime, qu’ils soient débutants ou experts. Le cours peut être utilisé par les prévisionnistes comme programme de formation adapté au rythme de chacun et par les instructeurs comme support de cours en prévision et météorologie maritimes, particulièrement ceux avec une composante sur la télédétection.
Connaissances requises
Les personnes suivant ce cours doivent posséder les connaissances de base sur les techniques de prévision générale et maritime ainsi que sur les outils d’observation et de télédétection.
Les données sur le vent du diffusiomètre ASCAT, qui peuvent être nouvelles pour certains apprenants, sont utilisées dans le présent cours. Que vous les ayez utilisées ou non, il est fortement recommandé de suivre le cours COMET Utilisation des estimations de vent par diffusiomètre et de hauteur de vague par altimètre dans les prévisions maritimes avant de commencer celui-ci.
Objectifs du cours
À la fin du cours, les apprenants doivent être capables de :
Le vent joue un rôle primordial dans la formation des vagues. La tension initiale qu’il produit à la surface de l’eau génère des ondes capillaires qui amorcent le processus de transfert d’énergie de l’air à l’eau.
Les vagues présentent trois caractéristiques principales :
Les vagues se caractérisent également par leur cambrure. Cette notion est définie comme la hauteur de vague divisée par la longueur d’onde (S = H/L). Une vague cambrée peut ainsi avoir une hauteur importante ou une courte longueur d’onde.
En appliquant la formule S = H/L avec une hauteur importante et une courte longueur, on obtient une forte cambrure.
Il existe trois principaux facteurs de croissance des vagues :
Bien qu’il soit important de tenir compte de chacun de ces facteurs, tous n’ont pas le même impact sur la hauteur de vague. La hauteur de vague est extrêmement sensible aux variations de la vitesse du vent, même lorsque le fetch ou la durée d’action sont limités. C’est pourquoi, lorsque vous recherchez des zones de génération de vagues importantes, il faut tout d’abord prendre en considération la vitesse des vents, puis la longueur de fetch et la durée d’action. Cette sensibilité explique en partie pourquoi la précision des prévisions de vent est si importante pour les prévisions de vague en météorologie maritime et modélisation numérique.
Au cours d’une tempête, la surface de la mer présente généralement un aspect très chaotique, avec beaucoup de vagues courtes et cambrées de hauteur variable. Loin des zones très venteuses, la surface de la mer présente des crêtes allongées ondulantes de forme régulière. C’est pour cette raison que nous établissons une distinction entre deux types de vague de surface : la mer du vent et la houle.
La mer du vent désigne des vagues de courte période qui sont encore générées par les vents ou sont très proches de la zone dans laquelle elles se sont formées. La mer du vent est une manifestation locale de l’énergie du vent transférée à la mer. L’énergie se déplace sous le vent hors de la zone source, comme les rides qui se forment après le jet d’une pierre dans un étang, ou depuis la vague de proue d’un navire.
La houle désigne des vagues qui se sont propagées hors de l’aire génératrice, loin de l’influence des vents qui les ont engendrées. La houle est d’autant plus grosse et se propage d’autant plus loin que les vents sont forts. La houle persiste d’autant plus que le vent souffle longtemps, même bien après l’arrêt de celui-ci ou un changement de sa direction. Plus la houle se propage, plus la dispersion et les interactions vague-vague non linéaires sont importantes, ce qui génère ainsi des vagues bien ordonnées de longue période.
Étant donné que l’énergie des vagues devient plus organisée à mesure qu’elle parcourt de longues distances, la houle est plus uniforme et plus régulière que la mer du vent. L’énergie des vagues quittant la zone de fetch est concentrée au centre de la région de sortie du fetch dans la direction des vents dominants, même si elle continue de se disperser une fois qu’elle quitte la zone.
L’évolution des variables du vent de surface, telles que vitesse, direction, longueur de fetch et durée, a tendance à générer des vagues de types différents. C’est la raison pour laquelle la surface de la mer est mieux décrite par des fonctions mathématiques comme les spectres de vagues (la forme caractéristique du spectre des vagues) et des paramètres statistiques tels que la hauteur significative des vagues (Hs définie comme la hauteur moyenne du tiers le plus élevé de toutes les vagues). Cette hauteur correspond étroitement à l’appréciation de la hauteur moyenne des vagues par des observateurs dûment formés.
Pour de plus amples informations, consultez les cours COMET sur le site web MetEd, Cycle de vie des vagues I : Génération et Cycle de vie des vagues II : Propagation et dispersion.
Analysez les informations sur les quatre systèmes, puis répondez à la question ci-dessous.
Systèmes |
Direction |
Période |
Hauteur |
Direction locale |
Vitesse locale |
1 |
nord-ouest |
14 |
3,50 |
sud-ouest |
15 |
2 |
ouest |
04 |
2,00 |
ouest |
20 |
3 |
nord-ouest |
08 |
4,50 |
nord-ouest |
30 |
4 |
sud-ouest |
08 |
3,00 |
variable |
05 |
Lesquels sont des mers du vent et lesquels sont des houles ? Cochez la bonne réponse.
Les vagues des systèmes 1 et 4 ont une direction différente de celle du vent local, et leur période est relativement longue. Puisque leur direction est différente de celle du vent local, ces vagues ont été générées loin de la zone d’observation et se sont déplacées selon le processus de propagation.
Les vagues des systèmes 2 et 3 ont la même direction que le vent local. Elles ont donc été générées localement. Ces systèmes sont des mers du vent.
Les prévisionnistes doivent savoir utiliser le nomogramme applicable aux prévisions des caractéristiques de vague. Nous allons ici l’introduire et nous y référer dans les cas d’étude.
Le nomogramme montre la relation entre la vitesse du vent, la durée d’action, la longueur de fetch et la croissance des vagues. L’axe des abscisses X indique la durée d’action en heures ; l’axe des ordonnées Y indique la hauteur des vagues en mètres ; et les courbes de niveau représentent le fetch et la vitesse du vent.
Si un vent souffle sur un fetch de 100 km à 10 m/s pendant 12 heures, quelles seront alors la hauteur et la période des vagues ? Utilisez le nomogramme pour déterminer ces caractéristiques, puis cochez ci-dessous la réponse qui vous semble la meilleure.
Les courbes représentant respectivement une vitesse de vent de 10 m/s et une longueur de fetch de 100 km se coupent en un point correspondant à une durée d’action d’environ 9 heures. Ce cas de figure donne une hauteur de vague de 1,8 m et une période de 5 s d’après le nomogramme ci-dessous. La croissance des vagues est ici limitée par le fetch. Même si le vent souffle 12 heures, la croissance sera interrompue car elle ne peut avoir lieu sur une distance supérieure à la longueur de fetch (100 km) sur laquelle souffle le vent.
Pour de plus amples informations sur les nomogrammes, consultez le cours COMET sur le site Web MetEd Cycle de vie des vagues I : Génération.
La houle se déplace le long d’itinéraires qui suivent des routes orthodromiques. Une route orthodromique est la ligne de plus courte distance entre deux points sur une sphère, et lorsqu’on la visualise sur une carte bidimensionnelle, celle-ci semble courbée. Pour de très courtes distances de propagation, comme la distance que la houle peut parcourir dans le golfe du Mexique, une ligne droite sur une carte constitue une bonne approximation d’une route orthodromique. Toutefois, lorsque la houle se déplace sur de grandes distances dans l’océan, la route orthodromique sera sensiblement différente d’une ligne droite sur une projection cartographique plane.
Vous trouverez ici quelques informations complémentaires sur la houle.
Lors d’une tempête, la hauteur maximale susceptible d’être observée est, pour une vague individuelle, environ deux fois supérieure à la hauteur significative des vagues. Elle peut être plus élevée dans des conditions à évolution rapide.
Le niveau d’énergie transportée par les vagues varie en fonction de l’état de la mer, les tempêtes violentes produisant des vagues d’une puissance considérable.
La puissance (P) d’une vague est proportionnelle à sa période (T) et au carré de sa hauteur (H), comme le montre la formule suivante :
P = 0,4 * Hs² * T (kW/m).
Le tableau montre que des augmentations relativement faibles de la hauteur d’une vague ont pour effet d’accroître sa puissance. La question importante concerne la hauteur de vague qui peut rendre une vague très puissante !
Échelle de Beaufort |
4 |
5 |
6 |
8 |
Hs (m) |
1 |
2 |
4 |
6 |
T (s) |
6 |
8 |
10 |
14 |
P (kW/m) (Puissance) |
2,4 |
12,8 |
64 |
201,6 |
Quel système est le plus puissant ?
Houle 1 = 320 kW/m et houle 2 = 640 kW/m. La houle 2 est donc plus puissante que la houle 1. Gardez à l’esprit la formule P=0,4*Hs²*T (kW/m). Lorsque la période (T) double, la puissance (P) double. Mais lorsque la hauteur significative (Hs) double, la puissance (P) quadruple.
Les modèles de vague numériques permettent d’assurer le suivi de l’emplacement et de la direction de propagation des vagues récemment générées et des trains de houle existants. Ils utilisent ces informations, ainsi que les routes orthodromiques et la physique des vagues, pour prévoir leur mouvement.
Plusieurs modèles sont exploités par les services météorologiques nationaux, les plus courants étant le modèle WAVEWATCH III de la NOAA et le modèle de troisième génération WAveModel (WAM) du CEPMMT. Tous deux simulent, quelle que soit la profondeur de l’eau, le rythme d’évolution du spectre des vagues bidimensionnel influencé par l’advection, le vent et la dissipation par formation de moutons, frottement contre les fonds et interactions non linéaires des vagues. Les modèles diffèrent principalement par la source des champs de vent utilisée - le modèle atmosphérique du Système mondial de prévision pour WAVEWATCH III et le modèle atmosphérique du CEPMMT pour WAM. Les liens suivants donnent de plus amples informations sur les deux modèles.
Le présent paragraphe décrit le processus de prévision maritime relatif aux phénomènes de forte houle. Nous appliquerons par la suite ce processus à deux cas.
Processus de prévision maritime
Étape 1 : évaluation de la situation atmosphérique et maritime courante
Étape 2 : comparaison des analyses du modèle maritime et des observations. Si elles concordent, vous pouvez utiliser en toute confiance les prévisions du modèle. Dans le cas contraire, vous devez les utiliser prudemment et ajuster mentalement la situation maritime dans le temps ou l’espace.
Étape 3 : prévision de la situation maritime.
Étape 4 : Poursuivre la surveillance du milieu atmosphérique et marin.
Le schéma d’opérations ci-dessous illustre ce processus.
Le cours utilisant les données du diffusiomètre ASCAT, nous l’introduisons ici. Mais nous n’approfondirons pas ce sujet étant donné qu’il est couvert par le cours COMET mentionné précédemment qu’il est nécessaire d’avoir suivi au préalable (Utilisation des estimations de vent par diffusiomètre et de hauteur de vague par altimètre dans les prévisions maritimes).
Les données sur le vent d’ASCAT sont issues d’instruments radar actifs appelés diffusiomètres qui émettent et reçoivent des rayonnements hyperfréquence. Le rayonnement n’étant pas sensible à la présence de nuages, les diffusiomètres peuvent balayer la surface dans la quasi-totalité des conditions météorologiques : par temps clair, nuageux ou pluvieux. Les données se révèlent également utiles en raison de leur disponibilité dans des régions océaniques où les données sont rares et dans lesquelles prennent naissance des phénomènes météorologiques extrêmes, comme les cyclones extratropicaux.
Le diffusiomètre ASCAT est embarqué sur les satellites MetOp d’EUMETSAT. ASCAT possède six antennes qui permettent une couverture simultanée de deux larges fauchées de 550 km espacées de 670 km. Cet espace se remarque en observant les données et correspond aux zones où peu d’informations sur les vents sont renvoyées vers l’instrument.
Les diffusiomètres bénéficient à tout un éventail d’applications : de la surveillance des glaces de mer et du manteau neigeux, à la détermination d’autres paramètres de surface tels que l’humidité des sols et la végétation. Toutefois, leur utilisation principale réside dans la mesure de la vitesse et de la direction du vent sur la surface des océans (à 10 m au-dessus) pour l’analyse et les prévisions météorologiques.
La présente étude de cas porte sur un phénomène de forte houle survenu sur les côtes atlantiques marocaines les 6 et 7 janvier 2014.
Le nord et le centre de la façade atlantique marocaine, de Larache à Sidi Ifni, constituent une région importante pour de nombreuses raisons. On y trouve les principaux ports du pays, dont le port pétrolier de Mohammédia, le port commercial de Casablanca et le port énergétique de Jorf Lasfar. D’autres activités économiques importantes, y compris le tourisme, sont également présentes dans la région.
Les prévisions météorologiques maritimes sont essentielles pour les activités côtières ainsi que pour la planification d’opérations en mer. Chaque matin, elles sont diffusées sous forme de bulletins couvrant une période de un à cinq jours.
Commençons par observer les images satellitaires de MSG plusieurs jours avant la manifestation du phénomène.
Du 4 janvier à 0000 UTC au 5 janvier à 2100 UTC, l’animation infrarouge (IR) montre un vaste système dépressionnaire au large des côtes qui se déplace vers le nord-est, de Terre-Neuve en direction de la Grande-Bretagne. Sur la côte marocaine, le temps est clément avec simplement quelques nuages bas et des vents faibles le 5 janvier.
Du 4 au 7 janvier à midi, les images dans le visible (VIS) des côtes marocaines montrent quelques nuages instables dans la partie nord-ouest le 4 janvier. Mais ils se dissipent et par la suite la région bénéficie de conditions stables, sous des ciels clairs et avec des bancs de brouillard matinaux dans certaines zones côtières.
Du 4 au 6 janvier, la dépression (970 hPa) centrée au sud de Terre-Neuve dans l’Atlantique Nord se déplace vers le nord-est et se creuse.
Du 4 janvier à 0000 UTC au 5 janvier à 1800 UTC, l’animation du CEPMMT relative aux champs de pression moyenne au niveau de la mer (MSLP) dans l’Atlantique Nord montre une dépression profonde qui se déplace rapidement de l’est de Terre-Neuve en direction de la Grande-Bretagne. Cette dépression se creuse d’environ 35 hPa en 24 heures pour atteindre 936 hPa le 5 janvier à 0000 UTC. Faisons remarquer le fort gradient de pression indiqué par le tassement des lignes au sud du centre dépressionnaire. Les vents associés dépassent localement 50 nœuds au sud/sud-ouest de la dépression où vient converger le flux.
La chute maximale de pression survient entre le 4 janvier à 0000 UTC et le 5 janvier à 0000 UC. La pression varie de 972 hPa à 936 hPa, ce qui correspond à un creusement de 36 hPa en 24 heures.
Ce creusement rapide est appelé cyclogénèse explosive ou « bombe ». En effet, pour entrer dans cette catégorie, la pression au centre de la dépression dans les latitudes tempérées doit diminuer en moyenne d’au moins 1 hPa par heure pendant 24 heures. Dans notre cas, la pression a chuté de 36 hPa en 24 heures. Ce creusement explosif est la marque d’une situation exceptionnelle.
Observons maintenant les données sur le vent d’ASCAT, en les combinant tout d’abord à l’imagerie satellitaire puis aux données de pression moyenne au niveau de la mer (MSLP).
L’image montre les vents ASCAT le 6 janvier entre 1119 et 1126 UTC superposés à une image du canal vapeur d’eau WV 6,2 µm de MSG du 6 janvier à 1200 UTC. Comme vous pouvez le constater, les vents ASCAT mettent en évidence le déplacement du système dépressionnaire vers le nord-est (illustré par les vents forts).
L’observation de MSG à 1200 UTC confirme que les deux fauchées ASCAT encadrent la zone la plus active de basse pression (les régions nuageuses).
Les données ASCAT indiquent les vitesses du vent associées au système. Elles montrent des vents de sud-ouest de 40 à 50 nœuds, qui correspondent à une dépression se déplaçant vers le nord-est.
Les vents ASCAT du 5 janvier à 0918 UTC, 1100 UTC et 1239 UTC sont ici superposés à la carte du CEPMMT relative aux champs de pression moyenne au niveau de la mer (MSLP) à 1200 UTC. On observe de forts vents d’ouest de l’ordre de 40 à 50 nœuds au sud-ouest de la dépression, et des conditions anticycloniques et des vents faibles sur les côtes marocaines.
Concentrons-nous sur le vent au sud-ouest de la dépression. Si le vent continue à souffler pendant 24 heures, la situation va-t-elle engendrer une forte houle au large des côtes marocaines ?
Les forts vents de nord-ouest et d’ouest soufflant au sud-ouest de la dépression vont générer de hautes vagues et de la houle.
Le nomogramme indique qu’un vent de 40 à 50 nœuds soufflant pendant 24 heures forme des vagues de 8 à 12 m de hauteur.
Voici les observations provenant des navires et des bouées dans l’Atlantique Nord le 6 janvier à 1200 UTC.
Quelle est la hauteur significative des vagues maximale transmise par les navires et les bouées le 6 janvier à 1200 UTC en haute mer (à gauche de la ligne verte) ?
Deux navires au sud-est des îles des Açores ont observé une hauteur significative des vagues maximale de 8 m. Le navire le plus à l’ouest a mesuré une hauteur maximale des vagues de la mer du vent de 8 m, et le bateau le plus à l’est une hauteur maximale des vagues de la houle de 8 m. Il convient de noter que les observations sont transmises en demi-mètres. Le nombre 99 dans la case mer du vent signifie qu’il n’a pas été possible d’estimer la période.
Quelle est la direction des vagues correspondante observée par ces deux navires ?
Les navires font état de vagues provenant du nord-ouest, ce qui est globalement conforme à la propagation des vagues depuis l’aire génératrice.
Quelle est la période maximale que les navires ont observée à 1200 UTC ?
Cette période est de 20 s. Il s’agit d’une période exceptionnelle qui devrait accroître la puissance des vagues.
Nous nous intéressons maintenant aux observations au large des côtes marocaines provenant des navires et des bouées.
Quelles sont la hauteur significative des vagues maximale et la période la plus élevée qui ont été transmises par les navires et les bouées au large des côtes marocaines le 6 janvier à 1200 UTC ?
Le navire entouré en rouge a observé une hauteur significative des vagues d’environ 4,5 m et une période de 18 s. Cette valeur de période n’est habituellement pas observée au large des côtes marocaines. Dans le même temps, plus loin au sud, deux navires ont observé une hauteur importante de 3 m et 3,5 m respectivement.
Confrontés à cette situation, les prévisionnistes devraient-ils prendre des mesures ?
La hauteur des vagues due à la houle est supérieure à 4 m et dépasse le seuil défini pour la diffusion d’un avis météorologique. Si le seuil d’alerte correspond à une hauteur de vague supérieure ou égale à 4 m sur la côte Atlantique, il est de 3 m en Méditerranée.
Voici les observations provenant des navires et des bouées 6 heures plus tard – à 1800 UTC.
Quelles sont les conditions météorologiques enregistrées dans les stations côtières atlantiques du Maroc le 6 janvier à 1800 UTC ?
Le temps est stable au niveau des stations côtières marocaines. Le vent est variable, de faible vitesse (5 nœuds). On observe des nuages élevés et du brouillard dans les zones côtières.
Quelle est la hauteur significative des vagues maximale observée par le navire entourée au large des côtes marocaines à 1800 UTC ?
L’animation du CEPMMT de la hauteur significative des vagues montre une large zone située au milieu de l’océan Atlantique avec des valeurs atteignant 19 m le 6 janvier à 1200 UTC. Ce maximum se déplace vers le nord-est en direction des côtes d’Europe occidentale et de Grande-Bretagne.
L’analyse WAVEWATCH III du champ de vagues le 6 janvier à 1200 UTC montre une zone avec des vagues de hauteur maximale se déplaçant vers le sud-est en direction des côtes marocaines. Les valeurs de hauteur significative des vagues sont de l’ordre de 9 à 14 m dans l’océan Atlantique et de l’ordre de 3 à 4 m le long des côtes marocaines.
À partir de cette analyse, comment pensez-vous que les conditions maritimes vont évoluer dans les prochaines heures dans les zones côtières marocaines ? La hauteur des vagues due à la houle atteindra :
Compte tenu du processus de propagation et de la direction des vagues, la hauteur maximale de houle va se propager du nord-ouest vers le sud-est. Les zones côtières marocaines vont être confrontées à des conditions maritimes dangereuses, avec des hauteurs de vague supérieures à 6 m. Un avis devrait être diffusé conformément au processus de prévision maritime.
Un des moyens permettant de vérifier si les analyses des modèles sont conformes à la réalité consiste à les recouper avec les données d’observation et de voir si les résultats sont corrélés. Nous allons effectuer cette opération avec les champs et données suivants :
Cliquez sur les onglets pour observer les champs de pression MSLP du CEPMMT superposés à l’imagerie IR 10,8 µm de MSG le 6 janvier à 0000, 0600 et 1200 UTC. Lorsque vous êtes prêt, répondez à la question ci-dessous.
Quelle affirmation est correcte ?
Le modèle MSLP est bien corrélé avec les images satellitaires les trois fois. En effet, la dépression dans l’Atlantique Nord (950 hPa) située au large des îles Britanniques coïncide parfaitement avec la perturbation observée par le satellite.
La superposition des champs de pression MSLP du CEPMMT et des vents de surface le 6 janvier à 0000 et à 0600 UTC montre que la zone où la vitesse du vent est maximale, de l’ordre de 40 à 50 nœuds, correspond à la région possédant les plus forts gradients de pression (resserrement des isobares).
À l’arrière de la dépression, une dorsale s’est étendue vers le nord, avec pour origine le système de haute pression. On observe une longue zone sur laquelle le vent de nord-ouest souffle (fetch) à environ 40 nœuds au sud-ouest du système dépressionnaire. Ces vents forts renforcent les vagues océaniques et les poussent directement vers les côtes atlantiques marocaines.
Sur l’image, tracez la direction du fetch qui correspond aux vents de nord-ouest soufflant au sud-ouest de la dépression. Cliquez ensuite sur le bouton Valider
Outil : | Taille du trait : | Couleur : |
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La direction du fetch est indiquée sur l’image.
Nous avons combiné le champ de vent à 10 m du CEPMMT avec les données sur le vent d’ASCAT le 6 janvier afin de vérifier si les résultats du modèle et les observations concordent.
À ce stade, ASCAT mesure des vents de l’ordre 40 à 50 nœuds associés au système dépressionnaire. Ils sont comparés à la vitesse du vent à 10 m du CEPMMT le 6 janvier à 0000 UTC. En prenant en considération les valeurs de vitesse de vent, les résultats des analyses de vent du CEPMMT à 0000 et 1200 UTC sont très proches des données sur le vent d’ASCAT. Les couleurs sur l’image l’indiquent clairement. ASCAT et le CEPMMT utilisent une échelle de couleurs pour indiquer la vitesse du vent. L’image combinée montre que les zones de chevauchement ont globalement la même couleur. Cette correspondance indique que l’analyse du vent à 10 m du modèle du CEPMMT est précise, et que les données ASCAT ont vraisemblablement été intégrées dans le cadre de l’exécution du modèle du CEPMMT.
Quels sont les avantages de l’assimilation des données ASCAT dans le modèle du CEPMMT ? Cochez toutes les réponses qui s’appliquent.
Les données sur le vent d’ASCAT sont des données géographiques mesurées en temps réel. Reflétant les conditions réelles, elles améliorent les données d’entrée du modèle et, par conséquent, ses résultats prévisionnels.
La superposition de l’analyse de la vitesse du vent à 10 m du CEPMMT et des observations des navires constitue un autre moyen de vérifier la précision des prévisions du modèle. Cependant, sachez que les observations des navires peuvent parfois être faussées.
Dans le cas proposé, comment est la corrélation entre la vitesse du vent à 10 m du CEPMMT et les observations provenant des navires et des bouées ?
Dans cette situation, on observe généralement une bonne corrélation entre la direction et la vitesse du vent observées et modélisées, en particulier près des côtes. À noter, l’observation de la vitesse du vent de 50 nœuds (entourée), alors que la prévision du modèle est de 30 nœuds.
Sur la carte, les résultats du vent à 10 m du modèle ne concordent pas avec l’observation de 50 nœuds provenant du navire entouré. Comment gérer le message transmis par le navire ?
L’observation encerclée indique un vent d’ouest de 50 nœuds alors que les observations avoisinantes font apparaître des vents plus faibles. Cette observation isolée diffère du résultat du modèle et ne semble pas en adéquation avec le champ de vent modélisé ou les observations provenant des autres bouées et navires. Malgré tout, il convient de faire preuve de prudence avant d’écarter automatiquement cette observation. Il est préférable de réexaminer les observations précédentes du navire et de vérifier la conformité avec le gradient MSLP avant de décider de la confiance à accorder aux données.
Voici un résumé de la situation météorologique au cours des deux jours ayant précédé le phénomène, à partir des observations et de l’analyse du modèle.
Tous ces éléments indiquent que la situation est inhabituelle. Les prévisionnistes devraient en être conscients et prendre les mesures appropriées conformément au processus de prévision maritime.
À partir de ces informations et du nomogramme, quelle est la hauteur significative des vagues prévue ?
Un vent de l’ordre de 40 à 50 nœuds (20 à 25 m/s) soufflant pendant 24 heures génèrera des hauteurs de vague de 8 à 12 m.
La dépression se déplace désormais vers la Grande-Bretagne et se comble. La pression en son centre augmente lentement et passe de 944 hPa le 6 janvier à 0000 UTC à 968 hPa le 7 janvier à 1800 UTC.
Une importante crête barométrique (ou dorsale) se forme juste derrière la dépression, favorisant un fort flux de nord, ce qui est propice au déplacement des vagues vers le sud. Les vents sont toujours forts et dépassent 40 nœuds au voisinage de la dépression.
Le déplacement du système dépressionnaire génère une longueur de fetch d’environ 3 000 km avec des vents de nord-ouest.
L’animation des vents de surface du 6 janvier à 0000 UTC au 7 janvier à 1800 UTC montre un flux de vent se déplaçant rapidement vers la Grande-Bretagne. Les vents les plus forts, d’une vitesse de l’ordre de 45 à 50 nœuds, sont situés au centre de l’Atlantique Nord et atteignent les côtes européennes.
Sur les côtes marocaines, des vents variables et faibles sont relevés les 6 et 7 janvier.
À partir de l’animation du CEPMMT montrant les champs de hauteur significative des vagues obtenus avec le modèle WAM entre le 6 janvier à 0000 UTC et le 7 janvier à 1800 UTC, on déduit que la zone de hauteur maximale est située au centre de l’Atlantique Nord et s’étend du nord des îles des Açores jusqu’en Grande-Bretagne. Les vagues de hauteur maximale, environ 18 m au 6 janvier à 0000 UTC, se déplacent vers le nord-est en direction des côtes de l’Europe occidentale.
La forte houle devrait atteindre les côtes marocaines dans la nuit du 6 au 7 janvier avec une hauteur significative des vagues supérieure à 6 m.
Les champs de hauteur significative des vagues de WAVEWATCH III du 6 janvier à 0000 UTC au 8 janvier à 0000 UTC indiquent également une zone de hauteur maximale avec des vagues de 14 à 20 m au centre de l’océan Atlantique se déplaçant tout droit vers les îles britanniques et la France.
Sur les côtes atlantiques marocaines, le modèle prévoit des valeurs de hauteur significative des vagues comprises entre 6 et 9 m au cours de la nuit du 6 au 7 janvier et dans la matinée du 7 janvier.
Rappelons que la hauteur significative des vagues correspond à la hauteur moyenne du tiers le plus élevé de toutes les vagues, mais que des vagues individuelles peuvent être plus élevées.
Après avoir examiné les prévisions des deux modèles du CEPMMT, l’indice de prévision d’événements extrêmes ou EFI va nous permettre de vérifier ces résultats.
L’EFI est un paramètre de prévision utilisé pour évaluer l’anormalité d’une situation météorologique prévue en se basant sur la différence entre la distribution du système de prévision d’ensemble et la climatologie du modèle du CEPMMT. L’EFI est calculé pour la hauteur significative des vagues et d’autres paramètres.
Il est compris entre -1 et +1.
Des magnitudes d’EFI comprises entre 0,5 et 0,8 (indépendamment du signe) indiquent généralement qu’un phénomène météorologique « inhabituel » risque de se produire. Des magnitudes supérieures à 0,8 indiquent généralement qu’un phénomène météorologique « très inhabituel » risque de se produire.
D’après les valeurs d’EFI valables au 7 janvier à 0000 UTC (prévision de 24 à 48 h), la situation maritime semble inhabituelle et liée à un phénomène extrême. En effet, les valeurs d’EFI dans la nuit du 6 au 7 janvier sont de l’ordre de 0,8 à 0,9. Les magnitudes sont importantes près des côtes marocaines. Cela signifie que la situation maritime est anormale et dangereuse et qu’elle pourrait engendrer de fortes houles.
En vous basant sur la carte de l’EFI valable au 8 janvier à 0000 UTC, où pensez-vous que les vagues les plus hautes vont apparaître ? Cochez toutes les réponses qui s’appliquent, puis cliquez sur Valider.
L’EFI de la hauteur significative des vagues a une valeur d’indice comprise entre 0,8 et 0,9 au nord des côtes atlantiques et de l’ordre de 0,9 et 1 au large de la partie centrale des côtes atlantiques.
Les tableaux indiquent les prévisions de WAVEWATCH III concernant la hauteur significative des vagues, la période maximale, la direction de propagation pour quatre zones de la côte atlantique marocaine : Larache, Casablanca, Safi et Agadir. Les prévisions sont présentées avec un pas de temps de 6 heures pour la période allant du 6 janvier à 0000 UTC au 8 janvier à 1200 UTC (60 heures).
Dans la nuit du 6 janvier et la matinée du 7 janvier, le modèle WWIII prévoit des valeurs élevées de hauteur significative des vagues, de l’ordre de 6 à 7 m. Ce que l’on peut toutefois qualifier d’exceptionnel, ce sont les valeurs de période, qui se rapprochent de 18 s. La hauteur des houles de longue période augmente considérablement lorsque le fond diminue et que les vagues déferlent en eau peu profonde. En fonction de la pente de la plage, des vagues de 7 m avec une période de 18 s peuvent aisément atteindre 10 m de haut lors du déferlement.
Ces vagues sont extrêmement puissantes. Gardez à l’esprit que la puissance d’une vague est proportionnelle au carré de sa hauteur ainsi qu’à sa période (P=0,4 * Hs² * T (kW/m)).
Les mêmes produits sont présentés ci-dessous sous forme graphique. Vous pouvez observer les prévisions concernant l’évolution des caractéristiques des vagues sur les quatre sites.
Après avoir examiné les prévisions et les produits de modèles pour différents paramètres, notamment la pression MSLP, la hauteur significative des vagues, l’EFI et les caractéristiques des vagues dans quatre zones côtières marocaines, nous pouvons décrire la situation comme suit :
Compte tenu de cette situation inhabituelle et des valeurs exceptionnelles, les prévisionnistes doivent émettre un haut niveau d’alerte afin de prévenir des risques côtiers le plus rapidement possible.
Nous allons maintenant nous pencher sur ce qui s’est produit au cours de cet épisode et sur certains de ses impacts.
Au vu de ces caractéristiques, la houle qui a frappé les côtes marocaines était, de toute évidence, extrêmement puissante.
Quelques-unes des conséquences du phénomène dans les régions côtières sont répertoriées ci-dessous :
Il convient de noter que la conjonction de grandes marées et de l’arrivée de ces fortes vagues a été un facteur aggravant. L’amplitude de la marée était d’environ 3,5 m.
Le second cas concerne un éventuel phénomène de forte houle sur les côtes marocaines plus tard au cours du même mois, le 18 janvier 2014. Nous ne suivrons pas le processus complet de prévisions – uniquement les parties qui nous permettent d’expliquer notre point de vue.
Nous allons commencer par examiner les produits du modèle de vague WWIII dans trois zones de la façade atlantique marocaine : Casablanca, Safi et Agadir.
Les tableaux indiquent les prévisions du modèle concernant la hauteur significative des vagues, la période maximale et la direction de propagation du 17 janvier à 0000 UTC au 19 janvier à 1200 UTC avec un pas de temps de 6 heures.
Station : PORT DE CASABLANCA |
|||
DATE HEURE |
HS (m) |
PER (s) |
MOY_DIR (deg) |
17012014 0:00:00 |
4,38 |
12,22 |
314 |
17012014 06:00:00 |
4,52 |
12,09 |
314 |
17012014 12:00:00 |
5,07 |
11,83 |
311 |
17012014 18:00:00 |
5,73 |
11,82 |
309 |
18012014 0:00:00 |
6,23 |
11,81 |
311 |
18012014 06:00:00 |
6,95 |
12,31 |
312 |
18012014 12:00:00 |
6,91 |
11,99 |
316 |
18012014 18:00:00 |
6,20 |
11,50 |
318 |
19012014 0:00:00 |
5,35 |
11,21 |
315 |
19012014 06:00:00 |
4,96 |
10,37 |
313 |
19012014 12:00:00 |
4,31 |
9,94 |
312 |
Station : SAFI |
|||
DATE HEURE |
HS (m) |
PER (s) |
MOY_DIR (deg) |
17012014 0:00:00 |
3,69 |
12,65 |
320 |
17012014 06:00:00 |
4,04 |
12,81 |
320 |
17012014 12:00:00 |
4,06 |
12,37 |
318 |
17012014 18:00:00 |
4,99 |
11,71 |
312 |
18012014 0:00:00 |
5,54 |
11,65 |
314 |
18012014 06:00:00 |
6,58 |
12,19 |
314 |
18012014 12:00:00 |
6,69 |
12,34 |
317 |
18012014 18:00:00 |
6,28 |
11,85 |
319 |
19012014 0:00:00 |
5,47 |
11,60 |
319 |
19012014 06:00:00 |
4,84 |
11,06 |
318 |
Station : AGADIR |
|||
DATE HEURE |
HS (m) |
PER (s) |
MOY_DIR (deg) |
17012014 0:00:00 |
2,92 |
12,14 |
324 |
17012014 06:00:00 |
3,57 |
12,97 |
324 |
17012014 12:00:00 |
3,68 |
12,81 |
323 |
17012014 18:00:00 |
3,71 |
12,39 |
323 |
18012014 0:00:00 |
4,65 |
12,01 |
322 |
18012014 06:00:00 |
5,88 |
11,75 |
322 |
18012014 12:00:00 |
6,58 |
12,23 |
323 |
18012014 18:00:00 |
6,27 |
12,12 |
324 |
19012014 0:00:00 |
5,69 |
11,72 |
325 |
19012014 06:00:00 |
5,01 |
11,39 |
326 |
19012014 12:00:00 |
4,39 |
11,02 |
325 |
D’après les prévisions du modèle WWIII concernant les caractéristiques de vague sur les côtes de Casablanca, Safi et Agadir, où pensez-vous que les hauteurs de vague vont augmenter en premier ?
Les hauteurs significatives des vagues ont commencé à croître au nord et ont progressé vers le sud, se propageant de Casablanca jusqu’à Safi en 6 heures puis jusqu’à Agadir en 6 heures là encore.
En mettant l’accent sur la période maximale des vagues, pensez-vous que ces valeurs sont inhabituelles ?
Sur la façade atlantique, des périodes de l’ordre de 12 à 14 s sont des valeurs types. On peut comparer cette situation à celle du premier cas où des périodes ont atteint 20 s.
Le graphique ci-dessous montre l’évolution des caractéristiques des vagues en un point proche de Casablanca. Les barbules indiquent la direction et la vitesse du vent ; les flèches la direction de propagation ; et la courbe montre l’évolution de la hauteur significative des vagues.
À noter l’augmentation progressive de la hauteur significative des vagues qui passe de 4,5 m (au début, le 17 janvier à 0000 UTC) à presque 7 m (le 18 janvier à 0600 UTC).
À partir des produits WAVEWATCH III sur les champs de hauteur significative des vagues du 17 janvier à 0000 UTC au 19 janvier à 1200 UTC, on observe une zone de hauteur de vague maximale qui s’étend du nord des îles des Açores jusqu’à l’ouest de la péninsule ibérique.
Sur la façade atlantique marocaine, le modèle prévoit des valeurs comprises entre 6 et 9 m au cours de la journée du 18 janvier. Ces valeurs sont élevées par rapport à la climatologie.
En analysant l’indice de prévision d’événements extrêmes (EFI) du 18 janvier à 0000 UTC au 19 janvier à 0000 UTC (prévision de 24 à 48 h), on trouve des valeurs de l’ordre de 0,8 à 0,9 près de la partie centrale des côtes atlantiques marocaines au cours de la journée du 18 janvier. Ce cas de figue indique un risque de situation maritime exceptionnelle.
Comte tenu de la hauteur significative des vagues de WAVEWATCH III, comprise entre 6 et 9 m dans la partie centrale des côtes marocaines (en particulier à Casablanca), et des valeurs d’EFI au 18 janvier, de l’ordre de 0,8 à 0,9, pouvons-nous déjà parler de hauteur de vague extrême ?
Même avec une hauteur de vague avoisinant les 7 m et des valeurs d’EFI de l’ordre de 0,8 à 0,9, il n’est pas encore clairement établi que nous faisons face à un phénomène extrême. L’expérience montre que certaines situations, avec les mêmes observations, ne causent pas de dégâts sur les côtes et n’ont aucun impact considérable. Il est nécessaire d’analyser d’autres informations, telles que la période, avant de décider de la magnitude de la situation.
L’animation MSLP concerne l’Atlantique Nord du 15 janvier à 0000 UTC au 17 janvier à 0000 UTC. Elle montre que des dépressions se déplacent par zone au nord de 60°N et que les valeurs au centre restent supérieures à 960 hPa du 15 au 17 janvier. Ces dépressions ne sont pas associées à des vents forts et ne génèreront pas de vagues hautes. Il n’y a donc pas de phase de creusement intense et les valeurs de pression au centre des dépressions sont relativement élevées par rapport à celles du premier cas.
Le fetch, orienté du nord / nord-ouest au sud / sud-est est également relativement court par rapport à celui de la première situation car la tempête est plus proche de la côte.
Les vents ASCAT indiquent des vitesses de l’ordre de 30 à 35 nœuds à l’ouest de la péninsule ibérique. Ces vents de nord-ouest ne sont pas aussi forts que dans le premier cas. Toutefois, ils vont principalement engendrer une mer du vent car l’aire génératrice est plus proche des côtes. Le fetch n’est pas suffisamment long pour faire naître de fortes houles.
Compte tenu de toutes ces conditions, la situation au 17 janvier nécessite-t-elle de lancer un avis d’alerte ?
Les prévisionnistes devraient lancer un avis car les prévisions concernant la hauteur significative des vagues présentent un risque pour les marins.
On retrouve des similitudes entre les situations du 6 et du 18 janvier. Par exemple, toutes deux génèrent des hauteurs significatives de vagues d’environ 7 m ainsi que des magnitudes élevées de l’indice de prévision d’événements extrêmes, de l’ordre de 0,8 à 0,9. Cependant, il existe des différences.
Le 6 janvier, la dépression a évolué rapidement, se creusant à une valeur de 936 hPa. Le creusement a abouti à la phase de cyclogénèse explosive avec une intensité de 36 hPa en 24 heures, alors que la dépression du 18 janvier n’a jamais atteint moins de 965 hPa en son centre. En outre, il n’y a pas eu de phase de creusement intense ou de forts vents associés.
Le fetch de la situation au 6 janvier est très long – environ 3 000 km. À l’inverse, le fetch de la situation au 18 janvier est relativement court.
Les périodes de 18 s enregistrées au cours du phénomène du 6 janvier étaient exceptionnelles. En revanche, les périodes sont restées en deçà de 13 s le 18 janvier. Les vagues de plus courte période prendront bien moins de hauteur que les vagues de plus longue période avec la diminution de fond et le déferlement en eau peu profonde.
La situation du 18 janvier a eu une incidence sur les activités humaines mais n’a pas causé de dommages aux infrastructures ou de pertes de vies humaines.
Le présent cours a pour objectif d’améliorer la capacité des prévisionnistes du domaine maritime à prévoir des phénomènes extrêmes de fortes houles et à rendre les prévisions plus précises en :
Les cas étudiés dans ce cours comportent tous deux des hauteurs de vague très élevées. Mais leur façon d’évoluer les conduit à produire des effets différents. Ces cas mettent en évidence l’importance d’examiner un ensemble de données d’observation et de modèle et de ne pas faire d’hypothèses sur la base de données ou de prévisions limitées.
Aurélien BABARIT, Jean-Marc ROUSSET, Hakim MOUSLIM, Judicaël AUBRY, Hamid BEN AHMED et Bernard MULTON. La récupération de l’énergie de la houle, Partie 1 : caractérisation de la ressource et bases de l’hydrodynamique. Manuscrit auteur, publié dans la revue 3EI (2009) pp.17-25.
Cours COMET sur le site web MetEd :
Guide to Wave Analysis and Forecasting, 1998, second edition - WMO-No. 702 (.pdf)
Frederick Sanders and John R. Gyakum, 1980: Synoptic-Dynamic Climatology of the “Bomb”. Mon. Wea. Rev., 108, 1589–1606
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