Séminaire : Observation de la turbulence dans la couche de surface atmosphérique – des structures cohérentes aux échanges en milieu urbain – P. Maynard

La turbulence de la couche de surface atmosphérique joue un rôle déterminant dans les échanges de quantité de mouvement, de chaleur, d’humidité et de scalaires entre la surface et l’atmosphère. Toutefois, son organisation dépend fortement des forçages mécaniques et thermiques, de la stabilité atmosphérique ainsi que de l’hétérogénéité de la surface.

Dans ce contexte, l’étude des structures turbulentes cohérentes constitue une première voie pour mieux comprendre l’organisation de la turbulence dans la couche de surface. Leur observation par lidar Doppler permet notamment d’observer leur degré de cohérence et les conditions atmosphériques associées. L’exploitation de plus d’une année de balayages horizontaux a conduit au développement d’une méthode d’apprentissage supervisé permettant de détecter différents niveaux d’organisation de structures de type streaks et d’étudier leurs conditions d’occurrence. Cette approche permet de relier leur organisation (leur niveau de cohérence) aux forçages mécaniques et thermiques de la couche de surface et, plus largement, d’interroger leur rôle dans les transferts turbulents.

Ces questions sont aujourd’hui prolongées dans un environnement urbain fortement hétérogène dans le cadre du projet ANR CITRY. La campagne expérimentale du projet, menée à Nantes, repose sur une approche multi-instrumentée combinant notamment plusieurs anémomètres ultrasoniques, des lidars Doppler, des analyseurs de gaz et des capteurs de particules. Ce dispositif vise à caractériser l’influence de la végétation urbaine, notamment de la présence ou non de feuillage, sur la turbulence, les échanges de chaleur et d’humidité, la ventilation et la dispersion de polluants, depuis l’intérieur de la canopée jusqu’à l’atmosphère située au-dessus.

À travers ces deux contextes d’étude, ce séminaire abordera les méthodes permettant de passer de l’observation instrumentale à l’interprétation physique des écoulements turbulents de la couche de surface atmosphérique.

Pour en savoir plus

• Maynard, P., Dieudonné, E., Sokolov, A., Delbarre, H., Augustin, P., Fourmentin, M., &
  Dmitriev, E. (2025). Exploring the level of organization of turbulent coherent structures in
  the atmospheric surface layer through supervised classification of Doppler lidar observations.
  Journal of Geophysical Research : Machine Learning and Computation, 2, e2025JH000652.
  https://doi.org/10.1029/2025JH000652 
• Maynard, P., Calmet, I., Conan, B., Keravec, P., Perret, L., Shahu, K., Bonnefond, J.-M.,
  Dupont, S., Irvine, M., Cuny-Guirriec, K., & Rebours, A. (2026). From canopy to boundary-
  layer scales : in-situ quantification of urban-trees effects on turbulent exchanges, ventilation,
  and pollutant dispersion, https://doi.org/10.5194/ems2026-93