Description

Dans le contexte du réchauffement climatique, des événements de feux de forêt extrêmes, communément appelés « méga feux », peuvent survenir lors d'événements météorologiques extrêmes combinés (par exemple une canicule associée à un déficit hydrique). Ceux-ci sont amenés à devenir plus fréquents et plus intenses [1]. Cette nouvelle situation devrait accentuer l'activité des feux de forêt et étendre les zones sensibles au feu vers le nord et dans les régions montagneuses, ainsi que prolonger la saison des incendies [2]. Ce contexte pose de sérieuses difficultés pour la sécurité civile et l'adaptation de la société.

Un phénomène extrême lié aux méga feux est la formation de cellules convectives, qui peuvent conduire à la formation du nuages dits pyrocumulonimbus (pyroCb) [3]. Ces nuages peuvent occasionner des orages et ré-allumer de nouveaux foyers, rendant la scène de feux de forêt très complexe et extrêmement difficile à prévoir. Le feu de Pedrógão Grande au Portugal en 2017 a été particulièrement dramatique en raison d'un pyroCb [4] qui a radicalement modifié la direction et l'intensité de la propagation du feu. Ce feu additionnel a traversé une voie d'évacuation, conduisant à 66 décès.

La formation de pyroCb est un phénomène mal compris [5]. Dans le projet ROMEO, nous proposons d'utiliser la radio occultation (RO), un système mondial de surveillance atmosphérique satellite-à-satellite, pour sonder l'intérieur des panaches de feu de forêt. Cette technique pourrait améliorer notre compréhension des pyroCb, et potentiellement fournir des alertes en temps réel aux opérations de secours au sol pour prévoir le développement de feux de forêt extrêmes.

État-de-l’art Le principe de la radio occultation (RO) est le suivant : un satellite en orbite basse terrestre (LEO) – le récepteur – est vu par le transmetteur au bord de l'occultation derrière la planète. Par conséquent, le signal électromagnétique traverse l'atmosphère de la planète, ce qui fournit des informations sur ses caractéristiques. Le signal radiofréquence mesuré par le satellite LEO est traité pour obtenir le profil de réfractivité observé pendant l'occultation. Finalement, à partir de ce profil de réfractivité, les profils de température et d'humidité sont dérivés. La radio occultation est une technique bien maîtrisée pour le sondage atmosphérique sur Terre – en utilisant les signaux d'opportunité GNSS – et sur des corps célestes (Mars, Vénus, Titan, etc.).

Le traitement opérationnel des données RO est aujourd'hui basé sur des techniques analytiques telles que la transformée d'Abel [6] ou les transformées canoniques [7], qui supposent une propagation électromagnétique modélisée par des rayons. De plus, pour que ces méthodes d'inversion soient valides, l'atmosphère est supposée à symétrie azimutale tout au long de l'occultation. Cependant, cette hypothèse n'est plus vraie lorsqu'un événement météorologique ou climatique extrême est sondé, ce qui entraîne un échec de l'inversion. La présence de forts gradients verticaux de conditions atmosphériques peut également conduire à des inversions erronées.

Ainsi, le but du projet ROMEO est de prolonger la RO aux feux de forêt et plus généralement aux événements météorologiques extrêmes. Pour ce faire, il est nécessaire de dépasser les techniques aujourd’hui implémentées. La thèse SPARROW, qui s’achève en 2026, a permis le développement de l'outil ROoSTER (Simulateur de radio occultation pour l'atmosphère extrême). Ce dernier, basé sur une modélisation complète (« full-wave ») de la propagation électromagnétique, peut reproduire les données reçues par un satellite RO en tenant compte de n'importe quelle atmosphère complexe [8]. Cet outil a été validé en reproduisant les données de radio occultation mesurées par RO lors du feu de Pedrógão Grande, de l’émetteur jusqu’à la sortie du récepteur, à l'aide de simulations à grande échelle du feu [9] pour alimenter la méthode de propagation électromagnétique [10].

Compétences requises

Etudiant master ou école d'ingénieurs en mathématiques, physique ou sciences de l'atmosphère

Bibliographie

[1] Lanet, M., Li, L., Ehret, A. et al. (2024), Attribution of summer 2022 extreme wildfire season in Southwest France to anthropogenic climate change, npj Clim Atmos Sci 7, 267
[2] Fargeon, H., Pimont, F., Martin-StPaul, N. et al. (2020), Projections of fire danger under climate change over France: where do the greatest uncertainties lie? Climatic Change 160, 479–493
[3] Tedim, F., Leone, V., Amraoui, M. et al. (2018), Defining extreme wildfire events: Difficulties, challenges, and impacts. Fire, 1(1), 9
[4] Couto, F. T., Filippi, J.-B., Baggio, R. et al. (2024), Numerical investigation of the Pedrógão Grande pyrocumulonimbus using a fire to atmosphere coupled model. Atmospheric Res., 299, 107223
[5] Fromm, M., D. T. Lindsey, R. Servranckx, et al. (2010), The untold story of pyrocumulonimbus. Bull. Amer. Meteor. Soc., 91, 1193–1210
[6] Kursinski, E. R. G., A. Hajj, J. T. Schofield, et al. (1997), Observing Earth's atmosphere with radio occultation measurements using the Global Positioning System, J. Geophys. Res., 23, 429–23
[7] Gorbunov, M. E. (2002), Canonical transform method for processing radio occultation data in the lower troposphere, Radio Science, 37, 1076
[8] Allietta, C., Douvenot, R. and Cafieri, S. (2026) 'A fast and accurate full-wave propagator for modeling the electromagnetic propagation in a radio occultation configuration', Radio Science, 63
[9] Allietta, C., Douvenot, R. and Cafieri, S. “Generating realistic radio occultation signals in extreme environments: The case study of the Pedrógão Grande wildfire plume”, unpublished
[10] Padullés, R., Cardellach, E., Paz, A. et al. (2024) “The PAZ polarimetric radio occultation research dataset for scientific applications”, Earth System Science Data, 16, 5643-5663

Mots clés

Propagation, Feux de forêt, Inversion