Je remercie l’UMR PRODIG, l’Université Paris Diderot et le Professeur Gérard Beltrando (crédits de recherches personnels) de m’avoir prêté des stations météorologiques.
1La brise marine est un vent thermique qui se déclenche dans les zones littorales à cause des contrastes thermiques journaliers entre la mer et le continent (Atkinson, 1981). Durant la journée, le long du rivage, la surface du continent se réchauffe relativement plus que celle de la mer et la chaleur se propage dans les basses couches de l’atmosphère donnant naissance à des courants ascendants, l’air qui s’élève est compensé par un air plus frais venant de la mer : c’est la brise de mer. Durant la nuit, c’est le phénomène inverse qui se produit. La terre se refroidit relativement plus vite que la mer, à cause de sa faible inertie thermique, et l’air qui la coiffe devient plus dense que l’air marin (Haurwitz, 1947 ; Estoque, 1962 ; Frenzel, 1962 ; Lyons, 1972 ; Pédélaborde, 1985 ; Dahech et al., 2012). Ce phénomène apparaît par temps radiatif, quand le vent synoptique est faible ou nul et lorsque le ciel est peu ou pas nuageux.
2Les brises littorales sont plus fréquentes dans les zones où dominent les situations anticycloniques et une topographie basse permettant leur pénétration dans le continent (Johnson et O’Brien, 1973 ; Redano et al., 1990). Ces conditions sont réunies sur les côtes libyennes et tunisiennes (Maghreb oriental).
3La brise littorale influence le confort thermique en améliorant l’ambiance bioclimatique par son effet rafraichissant, particulièrement dans les régions a été chaud (Simpson, 1994 ; Beltrando et al., 2009). Certains habitants de la Méditerranée optent pour la ventilation naturelle en orientant les ouvertures de leurs maisons vers le sens de la brise et économisent l’énergie électrique utilisée pour la climatisation (Kunkel et al., 1996 ; Cesar et al., 2011 ; Dahech, 2012).
4Le confort thermique exprime le bien-être de l’individu et l’impression agréable qui procure la satisfaction du corps et de l’esprit. Il dépend de différents paramètres météorologiques tels que la température, l’humidité, le vent et la radiation solaire. Sur le plan physique, il dépend des vêtements portés, du métabolisme et l’activité physique. La notion de confort thermique est certes subjective, mais plusieurs chercheurs ont essayé de la quantifier et la normaliser en aboutissant à des diagrammes et des abaques déterminant les zones de confort. Le danger posé par l’effet combiné de la température de l’air et l’humidité a conduit les bio-météorologues à développer divers indices d’inconfort pour définir les risques et alerter la population (Giles et al., 1990). Parmi ces indices qui représentent la température ressentie, se décline le « heat index » (HI), le « temperature humidity wind index » (THW) et le « Temperature-Humidity-Wind-Sun » (THWS) (Steadman, 1979).
5L’objectif du présent travail est d’étudier quelques caractéristiques de la brise littorale et de déduire son impact sur la répartition spatiotemporelle des températures et du confort thermique au Maghreb Oriental durant la saison chaude. Ceci doit permettre de déterminer les espaces où ce phénomène naturel peut avoir un effet bénéfique pour les populations.
6Les jours de brise ont été sélectionnés à partir des données météorologiques suivantes : le vent (direction et vitesse), la pression atmosphérique, l’insolation et les précipitations. Elles sont téléchargeables à partir du site web du "National Center for Environnemental Prediction" (NCEP). La plupart des stations étudiées sont situées à de faibles altitudes et implantées dans des aérodromes. Les données utilisées pour caractériser la brise de mer couvrent la période 2005-2010 en se limitant aux mois chauds : de juin à septembre. Il s’agit des mois durant lesquels la brise littorale est plus fréquente et où son effet rafraichissant est attendu par la population. Cette période de 6 ans nous a paru suffisante puisque la variabilité interannuelle de la brise, en été, est très faible. De plus, nous rappelons l’impossibilité d’étendre l’étude aux années 2011, 2012 et 2013 en raison de la forte occurrence des données lacunaires notamment en Lybie après les révolutions dites du « printemps arabe ». La fiabilité des données a été vérifiée en les comparant à celles fournies par les services météorologiques nationaux, en examinant les données lacunaires et les erreurs aléatoires qui portent sur la cohérence entre les paramètres et sur la cohérence temporelle des données. Ces dernières ont été validées et organisées au sein d’une banque de données permettant leur mise à disposition à des fins opérationnelles. Les stations retenues sont principalement côtières mais quelques-unes, situées à l’intérieur du continent à diverses distances de la mer, sont utilisées pour comparer les conditions météorologiques enregistrées sur le littoral à celles relevées à l’intérieur (fig.1).
Figure 1 : (A) Localisation et topographie de la zone d’étude (données SRTM) et localisation des stations utilisées ; (B) Indice de Végétation Normalisée (NDVI) dans la zone d’étude (image NOAA-AVHRR prises en juillet 2009).
7Nous nous sommes basés principalement sur les données horaires ou tri-horaires. La méthode utilisée est la suivante : après avoir éliminé les jours pluvieux et cycloniques (sont retenus les jours sans précipitations et durant lesquels la pression est supérieure à 1007 hPa), la distinction a été faite à partir de la direction du vent. Les jours où la brise de mer (vent modéré soufflant de la mer durant la journée) et celle de terre (vent faible venant du continent la nuit) alternent sont sélectionnés. Puis, nous avons retenu les jours où la vitesse du vent maximal instantané est inférieure à 12 m/s. Afin d’affiner cette sélection, l’insolation au cours des jours retenus est vérifiée. Ces critères sont structurés sous forme de filtres (Dahech et al., 2012). Cette méthode a été inspirée des travaux de Neumann et Mahrer (1971), Simpson (1994), Planchon (1997), Borne et al., (1998) et Dahech et al., (2005).
- 1 Degré de confort suivant l’intensité de l’humidex : en dessous de 29 peu de gens sont incommodés. ; (...)
- 2 Formule de calcul de l’humidex : H = T + h avec T : température relevée sous abri normalisé (°C) ; (...)
8Les données horaires de l’humidité relative et de la température (à 2 m de la surface) enregistrées sous abri dans 25 stations météorologiques, durant les dates sélectionnées, sont exploitées pour calculer l’indice de confort thermique (humidex) qui correspond à l’indice permettant d’évaluer l’intensité des conditions météorologiques supportées par la population durant la saison chaude. L’humidex permet d’évaluer en partie les risques de coup de chaleur, d’insolation, également de déshydratation (Masterson et Richardson, 1979 ; Steadman, 1984). Les degrés de confort varient en fonction de l’intensité de l’humidité et de la température1. Sa formule de calcul est relativement compliquée2 mais il se calcule automatiquement sur les sites http://www.meteolafleche.com ou http://www.ohcow.on.ca/menuweb/heat_stress_calculator.htm. Cette formule a été développée au Service météorologique du Canada en 1979 par J. M. Masterton et F. A. Richardson.
9La logique de cet indice est que, pour une même température relativement élevée, le degré de confort diminue quand le taux d’humidité relative augmente puisqu’un air ambiant gorgé d’humidité ne facilite pas l’absorption de la sueur et retarde son évaporation. Ces conditions causent de l’inconfort pour le corps humain, contrôlant sa température par le biais de la transpiration (Beltrando, 2004) (Annexe 1).
10Cet indice est utilisé au Canada pour alerter la population en cas de situation inconfortable. Le Service météorologique du Canada avertit la population quand l’indice prévu est supérieur à 40. En France, le site internet de météociel (http://www.meteociel.com/observations-meteo/humidex.php) fournit des cartes de la répartition spatiale de l’humidex par ville en temps réel. Il a été utilisé pour caractériser le degré de confort en Méditerranée dans certains travaux comme celui de Zoumakis et al. (2012) pour le cas de la Grèce.
11Cet indice a été choisi parce qu’il évalue la sensation de confort en combinant la forte chaleur et des taux d’humidité relative élevés ; c’est le cas sur les côtes libyennes et tunisiennes en été par temps de brise. Cependant, il ne tient compte que de la température de l’air et de l’humidité, alors que le rafraichissement de la peau peut être favorisé par d’autres facteurs tels que la ventilation, l’ombre et les vêtements portés. Ces deux derniers facteurs sont difficiles à intégrer dans cette étude en raison de l’absence de données adéquates.
12En outre les données tri-horaires de la température, du vent, de l’humidité relative et du point de rosé sont utilisées pour calculer deux autres indices de confort thermique : le « Heat Index » (HI) développé par la NOAA (1985) et l’indice de confort « Temperature Humidity Wind » (THW) développé par Steadman (1979).
13Le premier, présentant les températures ressenties en tenant compte du taux d’humidité, consiste à combiner les températures et l’humidité (humidité relative ou point de rosé) sous abri à un diagramme (annexe 2) mis au point par le département américain de météorologie nationale afin de prévenir les décès et les accidents en cas de vague de chaleur en été. D’approche simple, le « Heat Index » est largement utilisé aujourd’hui (l’Institut National de Recherche et de Sécurité pour la prévention des accidents du travail, INRS, 2004). Quand la chaleur estivale est accompagnée par des taux élevés d’humidité, l’indice HI grimpe et la température est ressentie comme lourde car la sueur ne s’évapore pas facilement ce qui ne permet pas le rafraichissement de la peau. Donc, pour une température estivale relativement douce de 30°C, avec une humidité relative élevée de 80 %, la température ressentie traduite par le HI atteint 38°C. Cette valeur serait enregistrée aussi en cas d’une température de 35° C accompagnée d’un taux d’humidité relative de 45 % (Annexe 2).
14D’après des études récentes en bioclimatologie telle que celles de Monteiro et al. (2012 et 2013) et de Zoumakis et al (2012), cet indice est performent pour anticiper les impacts négatifs des vagues de chaleur sur la santé humaine (mortalité et morbidité respiratoire) dans un contexte climatique méditerranéen comme à Porto (Portugal) et à Thessaloniki (Grèce). En utilisant l’indice HI, il apparaît que les effets de la vague de chaleur de juillet 2006 dans cette dernière ville sur la hausse de la mortalité et la morbidité respiratoire étaient évidents.
15La formule de calcul du HI se base sur deux paramètres : la température de l’air et l’humidité relative. C’est le fruit d’un modèle statistique élaboré par Rothfusz (1990) et validé avec une marge d’erreur de ± 1,3 °C. Même si la température et l’humidité relative sont les deux seules variables de l’équation, d’autres variables ont servi à son élaboration tels que la taille et le poids du corps, la résistance des vêtements aux flux de chaleur, au transfert de l’humidité et à la ventilation, l’activité physique, la pression de la vapeur d’eau, la vitesse du vent, etc. Cette formule est relativement compliquée et le même résultat peut être obtenu, plus rapidement en utilisant le calculateur automatique du site web : http://www.hpc.ncep.noaa.gov/html/heatindex.shtml. Les résultats obtenus sont comparés au tableau de l’annexe 1 résumant en quatre classes l’intensité de l’indice et les troubles physiologiques possibles en cas d’exposition à la chaleur et/ou avec une activité physique (National Weather Service Weather Forecast Office Summer, Weather Safety, 2011). Il est à noter que les températures utilisées pour calculer cet indice sont mesurées sous abri (à l’ombre) et qu’il faut ajouter 5 points à l’indice obtenu pour avoir la situation en plein soleil (NOAA, 1985). Cet ajustement est apporté pour combler la non prise en compte de l’exposition au rayonnement solaire dans le calcul de l’indice et la hausse éventuelle des températures sans abri météorologique par rapport à celles mesurées à l’ombre. Un guide pour les travailleurs, précisant les précautions à entreprendre en cas de forte chaleur, suivant les valeurs du HI, a été développé par l’administration de santé et de sécurité au travail aux États Unis Américains (http://osha.gov/SLTC/heatillness/heat_index/).
16Quant au deuxième indice, le THW, dérivé du HI, il présente les températures ressenties en intégrant l’effet rafraichissant du vent durant les situations chaudes et humides comme le cas par temps de brise l’été au Maghreb. Il se calcule en se basant sur l’indice HI et la vitesse du vent suivant cette formule : THW = HI - (1.072 * W). La variable HI est le Heat Index en degré fahrenheit, et W est la vitesse du vent en mile/h. Les résultats obtenus en degré fahrenheit sont ensuite convertis en degré Celsius.
17La zone d’étude s’étend du NO tunisien au NE libyen (fig. 1). Elle correspond à une bande côtière d’environ 200 km de large, plus peuplée que l’intérieur des deux pays et caractérisée par l’importance et la diversité des activités économiques (tourisme, industrie, etc.).
18Les 3000 km de côtes tunisienne et libyenne sont basses et prolongées par des plaines littorales favorisant la pénétration de la brise de mer. « En effet, au nord de la Tunisie, la plaine de la Medjerda sépare les deux chaines de l’Atlas (tellien et saharien). Au centre, la plaine du Sahel s’étend du Golfe de Hammamet jusqu’au nord de Gabès. Au sud, la plaine de Djeffara s’étire sur près de 400 kilomètres de long et 30 à 180 kilomètres de large, des environs de Skhira, au sud de Sfax, à Tripoli. Un peu plus à l’Est, en Libye, précisément en Cyrénaïque, la plaine d’Al Marj, plus petite que la plaine de Djeffara, s’étend sur 210 km de long avec une largeur maximale de 50 km. Au sud de ces deux plaines alternent les plateaux rocheux et les dunes du Grand Erg Oriental » (Dahech et al., 2012)..
- 3 Cet indice donne une idée sur la masse de la végétation et son état de santé. Sa valeur varie de –1 (...)
19La couverture végétale peut modifier l’ambiance bioclimatique en augmentant les taux d’humidité et rafraîchissant l’atmosphère. Elle est plus dense dans les zones situées en altitude, suffisamment arrosées durant l’hiver et l’automne puisque le climat de la zone d’étude est méditerranéen. La barrière orographique disposée perpendiculairement au flux du NO tels que le Tell, la Dorsale en Tunisie septentrionale, djebel Nafusah près de la côte tripolitaine et djebel Akhdar en Cyrénaïque, gonflent les quantités d’eau précipitées sur les versants exposés au nord où l’indice NDVI3 peut atteindre 0.6 (fig.1B). Une végétation relativement dense s’observe aussi dans les plaines caractérisées par l’importance des activités agricoles comme au Sahel, à la Medjerda et aux alentours de Tripoli ainsi que dans les oasis. Un sol salé, dépourvu de végétations est remarqué dans les dépressions fermées (sebkhas).Sur le littoral Tuniso-libyen, le climat est de type méditerranéen caractérisé par l’alternance de deux saisons une chaude et sèche en été, et une fraiche et plus ou moins arrosée en hiver. Le total pluviométrique annuel diminue en se dirigeant vers le Sud et vers l’Est. À titre d’exemple, Bizerte reçoit environ 700 mm, Djerba 230 mm alors que Tobrouk reçoit moins de 100 mm (fig. 2 et 3).
Figure 2 : Diagrammes ombrothermiques de cinq stations tunisiennes (données NCEP, 1980-2010).
Figure 3 : Diagrammes ombrothermiques de cinq stations libyennes (données NCEP, 1980-2010).
20En se dirigeant vers l’intérieur les précipitations baissent. Un climat désertique peut s’observer à partir de quelques dizaines de kilomètres du littoral notamment en Lybie orientale comme à Giarboub ayant un total pluviométrique annuel moyen de 6mm (fig. 3). La température augmente en se dirigeant vers le sud et vers l’intérieur des terres. Durant les mois estivaux, les maximales atteignent 38°C à Giarboub en Libye, 36°C à Kairouan en Tunisie, deux stations continentales ; alors que près du littoral, elles ne dépassent pas 31°C à Bizerte en Tunisie septentrionale et à Benghazi et Tobrouk en Libye orientale. Les amplitudes thermiques saisonnières et diurnes s’accentuent en pénétrant dans le continent (fig. 2 et 3).
21Dahech et al., (2012) ont conclu que la brise littorale est fréquente dans le Maghreb orientale durant la saison chaude en se basant sur les données météorologiques enregistrées dans 12 stations sur six ans (2005-2010). Partant des critères décrits dans la partie méthode, les situations de brise de mer alternant avec la brise de terre sont enregistrées dans environ 70 % des jours en raison de l’occurrence des situations radiatives favorables au déclenchement des phénomènes météorologiques locaux et à méso-échelle. En effet, en été, le Maghreb oriental est le plus souvent sous l’influence d’un haut géopotentiel en altitude (qui traduit l’existence d’un anticyclone d’altitude) et d’un marais barométrique en surface comme c’était le cas le 13/09/2011, à titre d’exemple (fig. 4).
Figure 4 : Situation barométrique favorable au déclenchement de la brise de mer en Tunisie et en Libye, avec haut géopotentiel en altitude et une situation de marais barométrique en surface, exemple du 13/09/2011 : cartes de pression en surface (isobares en trait blanc côtés tous les 5 hPa) et en altitude (géopotentiel 500 hPa, isohypses en dégradé de couleurs avec légende en dizaine de m) à 00 TU. (Source : réanalyses NCEP).
22Durant la période 2005-2010, au cours de la saison comprise entre le 1er juin et le 30 septembre, nous avons relevé, un pourcentage variant de 65 à 85 % dans 12 stations littorales réparties sur toute la zone d’étude (fig. 5, localisation des stations sur la fig. 1). Dans certaines stations, le pourcentage est moins élevé, comme à Gabès car la topographie canalise le vent synoptique venant de l’Est, le rendant plus fort, estompant ainsi la brise de mer. Les stations implantées sur des plaines côtières caractérisées par une topographie non ou peu accidentées enregistrent les fréquences les plus élevées comme à Sfax, Djerba et Tripoli.
23À l’échelle mensuelle, c’est au cœur de l’été (juillet et août) que sont enregistrées les fréquences de brise les plus élevées et qui peuvent atteindre en moyenne 28 jours par mois : c’est le cas à Sfax et Benghazi (fig. 5). Il s’agit des mois les plus calmes et les plus ensoleillés.
Figure 5 : Nombre moyen des jours de brise/mois et fréquence ( %) des jours de brise durant la saison chaude (juin-septembre) dans 12 stations météorologiques littorales tuniso-libyennes (Données NCEP, période 2005-2010) (Dahech et al., 2012).
24L’heure de l’arrivée de la brise de mer sur le continent dépend des saisons (heure de lever du soleil) et de la distance à la mer. La brise de mer se lève environ trois heures après le lever du soleil près de la ligne de rivage, quand le contraste thermique terre/mer devient suffisant. L’arrivée de la brise de mer est marquée par une impulsion de la vitesse du vent et une déviation brusque de sa direction. En été, dans les stations côtières, situées au bord de la mer, la brise de mer, plus précoce, apparaît entre 9h et 10h (heure locale) dans les stations tunisiennes de Tabarka et Bizerte sur les côtes septentrionales de la Tunisie ainsi qu’à Enfidha et Monastir sur les côtes orientales. Il en est de même dans les stations libyennes situées à moins de 3 km de la mer telles que Elkhoms, Tobrouk et Sirte. La brise est observée à partir de 11h dans les aérodromes de Sfax El Maou, de Misratha et de Tunis Carthage situés respectivement à 7, 8 et à 9 km du trait de côte. À Ajdabia et Benghazi, situées à environ 15 km du littoral, la brise arrive à environ 12h (heure locale), soit environ deux heures après son déclenchement près du littoral alors qu’elle arrive une heure plus tard (13h) à l’aéroport international de Tripoli situé à environ 25 km de la mer (fig. 6). Dans les stations se trouvant plus à l’intérieur des terres, la brise arrive plus tard dans l’après-midi. Elle est détectée à 17h à Kairouan situées à environ 50 km de la mer. À 18h, soit une demi-heure avant le coucher du soleil, la brise atteint, enfin, la ville de Marada, à environ 100 km au sud de Sirte (fig. 6).
Figure 6 : Variation de l’heure de l’arrivée de la brise de mer (heure locale), en été, dans certaines stations tunisiennes et libyennes en fonction de la proximité du trait de côte.
25Le front de la brise, matérialisé parfois par un alignement de cumulus se développant parallèlement au littoral, atteint environ 110 km à l’est de la Libye contrairement aux côtes septentrionales tunisiennes où il pénètre jusqu’à environ 80 km. Cette différence s’explique par les plus basses latitudes libyennes qui impliquent un contraste terre mer plus important et une augmentation de l’épaisseur de la brise (Pédélaborde, 1985). C’était le cas le 13 septembre 2011, lors d’une situation type de brise de mer, comme le montre l’animation téléchargeable depuis l’adresse électronique suivante : http://hildegarde.univ-paris1.fr/archives/brise.html (Dahech et al., 2012).
26Dans la plupart des stations, la brise de mer atteint sa vitesse maximale (environ 5 m/s en moyenne) au cours de l’après-midi, et elle souffle quasi perpendiculairement au trait de côte. Ainsi, elle vient du nord sur les côtes septentrionales de la Tunisie (Tabarka, Bizerte) et dans la plupart des villes côtières libyennes, cependant elle vient du quadrant est sur les côtes orientales de la Tunisie (Enfidha, Monastir, Sfax et Gabès).
27La brise continue à souffler à une vitesse moins importante, variant de 1 à 3 m/s deux à trois heures après le coucher du soleil quand le passage entre la brise de mer et celle de terre se déclenche : c’est la renverse nocturne de la brise littorale qui dure environ deux heures et est caractérisée par des vitesses très faibles (inférieures à 1,5 m/s). Une rotation dans le sens anticyclonique de la direction du vent est observée dans la quasi-totalité des stations vers minuit où nous assistons à un vent parallèle au trait de côte, venant du secteur méridional sur les stations situées sur le littoral oriental (Enfidha) et venant de l’est sur les côtes libyennes (Tripoli) (fig. 7).
Figure 7 : Répartition moyenne horaire de la direction et la vitesse du vent dans la station d’Enfidha au NE tunisien (A) et dans la station de Tripoli au NO libyen par temps de brise (heure locale) (données NCEP, 2005-2010), (A : tirée de Dahech et al., 2012).
28Après la renverse nocturne, la brise de terre s’installe, elle souffle perpendiculairement au trait de côte en absence d’un vent synoptique. Elle vient, par exemple, du Sud à Tabarka, du Sud-Ouest à Bizerte, Tunis, Enfidha, Zuara, Tripoli, Misratha et Sirte et du Nord-Ouest à Sfax. La vitesse de la brise de terre est relativement faible, elle dépasse rarement 2 m/s. Elle peut être estompée en cas d’un vent synoptique relativement fort (Bigot et Planchon, 2003).
29Les anémogrammes ci-dessus (fig. 7), réalisés à partir des données horaires du vent (vitesse en m/s et direction en degrés) enregistrées dans les stations d’Enfidha au Golfe de Hammamet en Tunisie septentrionale et de Tripoli montrent que l’arrivée du front de la brise de mer est accompagnée par une impulsion de la vitesse du vent et une déviation brusque de la direction du vent en accord avec la littérature sur les brises. La figure confirme que dans les stations côtières, situées au bord de la mer, la brise de mer, plus précoce, apparaît entre 8h et 9h TU (10h en heure locale) comme dans la station d’Enfidha. La brise est observée plus tard dans les stations situées plus loin de la côte comme dans l’aérodrome de Tripoli à environ 25 km de la mer où la brise commence à souffler à partir de 11h TU (13h en heure locale).
30Pour montrer l’impact de la brise marine sur la température, les données enregistrées durant la journée (à 9h, 12h, 15h et 18h) dans 22 stations tunisiennes et libyennes situées plus ou moins éloignées du trait de côte sont utilisées. Pour cette étude, les jours de brise des mois de juillet et août 2009 sont sélectionnés, soit environ 50 jours pour lesquels les moyennes des températures et de l’humidité relative aux heures précitées sont calculées. La période sélectionnée est suffisante pour atteindre les objectifs précités parce que le temps varie peu d’une journée à l’autre en été durant les jours de brise (Dahech, 2007).
31En Tunisie, comme en Libye, les stations situées à l’intérieur sont plus chaudes que celles proches de la mer notamment quand la brise est bien installée, c’est-à-dire entre 12h et 18h. En effet, en Tunisie, nous relevons, sur la figure 8 des pics de températures dépassant souvent 35°C dans les stations de Kairouan (50 km de la mer), de Sidi Bouzid (100 km de la mer) et de Médenine (40 km de la mer). Cependant, un temps plus frais avec un écart moyen de 3 à 5 °C par rapport aux stations précitées est enregistré sur le littoral (fig. 8A).
Figure 8 : Moyennes des températures enregistrées aux mois de juillet et août 2009 à 9h, 12h, 15h et 18h dans 9 stations météorologiques tunisiennes (A) et 13 libyennes (B) durant les jours de brise (moyennes de 50 jours, localisation des stations sur la fig.1).
32Dans les stations situées à quelques kilomètres de la mer, les températures enregistrées à 15h sont égales ou supérieures à celles relevées à midi. Cependant, à Tunis-Carthage et à Bizerte, situées à environ 10 km de la mer, midi est plus chaud que 15h car la brise de mer se déclenche tard par rapport aux autres stations plus proches du littoral (entre midi et 13h) ; elle est bien développée vers 15h (sa vitesse moyenne varie de 5 à 8 m/s) d’où son effet rafraichissant. Une légère brise venant du sud, précisément des deux lacs portant le nom de ces deux villes, avec une vitesse ne dépassant pas 3 m/s, s’observe dans les deux stations avant l’arrivée de la brise de mer (venant du NE) (fig. 8A). Le même constat est valable pour les villes libyennes : les stations les plus proches de la mer, à savoir Zuara, Khoms, Misratha et Tobrouk sont les moins chaudes. Dans ces stations le mercure franchit rarement 32°C (fig. 8B). Les stations continentales telles que Jalo, Giarboub, Hon et, plus ou moins, Bani Walid sont les plus chaudes (T maxi>35°C). La température diminue avec l’arrivée et le renforcement de la brise marine, à 15h, dans les stations situées à environ 20 km du littoral comme Tripoli, Benghazi ou Ajdabia (fig. 8B).
33Les résultats obtenus par les mesures météorologiques dans les aérodromes sont confirmés par l’analyse de l’image NOAA-AVHRR prise pendant une journée de brise de mer comme au 13/09/2011 à 13h50 au centre-est tunisien. Une composition colorée de trois canaux (un dans le visible et deux dans le thermique) et un étirement du contraste sont effectués. Après traitement, le front de la brise apparaît sur une scène prise dans le premier canal (visible) montrant un alignement d’une série de cumulus à environ 25 km du littoral alors que le ciel est clair ailleurs (Azorin-Molina et al., 2009). En outre, la composition colorée permet de localiser le front de la brise de mer à travers la discontinuité thermique entre la partie envahie par l’air marin et celle plus chaude, située en arrière du front (fig. 9). Un écart thermique de 5°C est relevé entre Sfax, située au bord de la mer, et Kairouan, distante de 50 km du littoral.
Figure 9 : Contrastes thermiques entre le littoral et l’intérieur à partir d’une image NOAA-AVHRR couvrant la partie orientale de la Tunisie, prise le 13/09/2011 à 13h49.
34L’indice humidex est calculé moyennant le calculateur automatique mis en ligne sur la page web suivante : http://www.osach.ca/new/OHCOWHumidex/calc.shtml, à l’échelle tri-horaire quand la brise de mer est en place. Les résultats obtenus pour les heures suivantes : 9h, 12h, 15h et 18h, sont représentés figure 10. En complément, la moyenne des humidex calculée à partir de ces quatre observations tri-horaires est étudiée (fig. 10).
35Partant de cette moyenne, deux catégories de confort sont relevées en se référant à l’échelle du confort présentée dans la partie méthode :
-
Sensation de malaise assez grande pour des valeurs de 35 à 39
-
Sensation de malaise généralisée pour des valeurs de 40 à 45
36Dans la deuxième catégorie (la moins confortable), figurent, d’une part, certaines stations continentales situées à de faibles altitudes comme Kairouan, Jalo et Giarboub, contrairement aux stations continentales situées à des altitudes relativement élevées comme Sidi Bouzid (355m), Bani Walid (259m) et Hon (267m) qui sont moins chaudes et par la suite plus confortables. D’autre part, paraissent certaines stations situées au bord de mer (à moins de 2 km du littoral) où le taux d’humidité relative élevé fait augmenter l’inconfort. C’est le cas à Djerba, Zuara, Khoms et Misratha. Cependant, les stations littorales distantes de 5 à 30 km de la mer semblent être plus confortables car elles bénéficient de l’air marin frais mais ce dernier devient moins humide en pénétrant dans le continent. C’est le cas, à titre d’exemple, à Bizerte, Sfax et Ajdabia (fig. 10).
37Au fil de la journée l’indice de confort est très variable dans une même station et d’une à l’autre. Le matin, à 9h, le temps est lourd, dans les stations côtières car l’humidité est élevée. La hausse des températures au milieu de la journée et au début de l’après-midi pourrait provoquer des malaises généralisés, l’inconfort atteint son maximum. Généralement la situation s’améliore en fin de journée avec la baisse du mercure causée par l’amenuisement du rayonnement solaire et le renforcement de la vitesse de la brise vers 18h. La situation s’améliore davantage le soir durant lequel l’indice diminue au-dessous de 30 ce qui correspond à une sensation de bien-être au niveau du degré de confort.
Figure 10 : Répartition de l’indice de confort « humidex » dans 22 stations au Maghreb oriental par temps de brise. Le cas des mois de juillet et août 2009 à 9h, 12h, 15h et 18h (moyennes d’environ 50 jours ; données NCEP).
38Les données tri-horaires de la température, de l’humidité et du vent enregistrées à 9h, 12h, 15h, 18h et 21h ont permis de calculer les indices HI et THW à l’échelle tri-horaire et leurs moyennes.
39La moyenne du HI, calculée à partir des cinq enregistrements tri-horaires mentionnés ci-dessus, montre un gradient nord/sud. En effet, les stations tunisiennes, plus au nord, semblent plus fraiches que celles situées en Libye. En outre, les stations continentales, privées de l’effet rafraichissant de la brise marine sont plus chaudes que celles près des côtes même si elles sont moins humides. Outre cet effet de latitude, les stations situées légèrement en altitude, qu’elles soient littorales ou continentales, profitent de la baisse du mercure et conséquemment l’indice HI diminue relativement : c’est le cas par exemple à Benghazi, plus fraiches que les autres stations littorales libyennes et à Sidi Bouzid légèrement moins chaude que Kairouan au centre tunisien (fig. 11).
40Les températures ressenties, après avoir intégré l’effet du vent (THW), baissent considérablement notamment dans les sites ventés comme Gabès et Benghazi où la brise est plus forte suite à sa canalisation par le relief. Dans ces deux stations la moyenne du THW calculée à partir des cinq enregistrements tri-horaires cités plus haut atteint 22°C contre 34°C dans les stations situées à l’intérieur des terres telles que Giarboub et Jalo en Libye. En général, l’indice THW est plus bas dans les stations littorales où le mercure est plus bas et le vent est plus fort puisque la brise marine est plus forte que le vent synoptique qui souffle dans les régions intérieures (Dahech et al., 2012) (fig. 11).
Figure 11 : Répartition des indices de confort HI et THW dans 22 stations au Maghreb oriental par temps de brise. Le cas des mois de juillet et août 2009, moyennes de 5 enregistrements tri-horaires (9h, 12h, 15h, 18h et 21h ; moyennes d’environ 50 jours ; données NCEP).
41L’indice de confort HI est très variable au cours de la journée. Il atteint son maximum entre midi et 15h, période durant laquelle la température maximale est enregistrée. Dans la plupart des stations, la température ressentie (HI) dépasse 32°C ; elle franchit alors la deuxième classe du degré de confort (annexe 2). La prudence extrême est requise en cas d’activité physique ou d’une exposition au soleil pour une longue durée. Les risques d’insolation, de crampes musculaires et/ou d’épuisement par la chaleur sont possibles. Durant cette période critique de la journée le risque est plus élevé dans les stations intérieures en Tunisie alors qu’en Libye, il est enregistré aussi bien près de la mer qu’à l’intérieur du continent. Cet inconfort se poursuit à 18h dans les stations libyennes et dans les deux stations continentales tunisiennes car le taux d’humidité monte en fin de journée conformément aux résultats obtenus pour l’humidex (fig. 12).
42Le matin (à 9h) et notamment au début de la soirée (21h), l’ambiance thermique s’améliore sur la côte aussi bien qu’à l’intérieur du pays. L’indice HI diminue d’une manière remarquable en raison de la diminution de la température. Cette diminution est plus considérable à 21h dans les stations situées loin de la côte en raison de la faible inertie thermique des surfaces continentales. A Marada, Giarboub et Jalo, trois stations continentales, le HI passe de 31°C à 18h à 23°C à 21h, ainsi le temps devient confortable et parfois le degré de confort peut dépasser celui près du littoral où le temps est relativement plus humide.
Figure 12 : Répartition de l’indice de confort « heat index » dans 22 stations au Maghreb oriental par temps de brise. Le cas des mois de juillet et août 2009 à 9h, 12h, 15h, 18h et 21h (moyennes d’environ 50 jours ; données NCEP).
43L’indice de confort THW, représentant les températures ressenties après avoir ajouté l’effet de l’humidité et de la vitesse du vent, est évidemment moins élevé que le HI puisque la vitesse du vent est supérieure à 0 entre 9h et 21h. Dans les stations continentales les valeurs les plus élevées sont enregistrées au milieu de la journée, elles avoisinent 34°C mais elles sont inférieures aux valeurs du HI (38°C) car la vitesse du vent est relativement élevée entre midi et 18h. Dans les stations côtières, les valeurs du THW baissent considérablement au milieu de la journée et en fin d’après-midi quand la brise de mer atteint sa maturité (5 à 6m/s en moyenne). En effet, l’effet rafraichissant de la brise rend le temps plus confortable en fin d’après-midi qu’au début de la soirée parce que ce vent thermique s’amenuise en début de soirée avant le déclenchement de la brise de terre (fig. 13).
44Comparant l’évolution tri-horaire du HI et du THW dans les villes littorales, de grandes différences entre les deux indices s’observent à 21h. À cette heure-ci, le degré de confort traduit par le THW se maintient à des niveaux comparables et parfois supérieurs à ce qui se passe l’après-midi. En effet, à 21h, lors du coucher de la brise de mer, la vitesse du vent est très faible voire nulle, le taux d’humidité est relativement élevé et les températures commencent à décliner mais reste au niveau de 27°C près des côtes septentrionales et 29°C près des côtes méridionales.
Figure 13 : Répartition de l’indice de confort « THW » dans 22 stations au Maghreb oriental par temps de brise. Le cas des mois de juillet et août 2009 à 9h, 12h, 15h, 18h et 21h (moyennes d’environ 50 jours ; données NCEP).
45Le calcul de l’écart entre l’indice HI et THW, soit la différence entre la température ressentie en se basant sur la température et l’humidité (HI) et celle en combinant ces deux paramètres avec le vent (vitesse) (THW) montre l’effet rafraichissant de la brise près des côtes. En effet, sur le littoral, cet écart est plus élevé à 12h, 15h et 18h quand la brise est bien installée. Cependant, avant son déclenchement (9h) et après son coucher ou son amenuisement à 21h, la différence entre les deux indics HI et THW diminue considérablement parallèlement à la diminution de la vitesse du vent (fig. 14).
46En outre, nous remarquons que l’effet de la brise est perceptible principalement dans les stations littorales où l’écart entre les deux indices dépasse 6°C entre 12h et 18h (fig. 14). Dans les stations situées à l’intérieure comme Kairouan et Sidi Bouzid en Tunisie ou Jalo et Giarboub en Libye, puisque le vent synoptique est plus faible que la brise littorale par temps de brise (Pédélaborde 1985), l’écart entre les deux indices franchit rarement 3°C.
47La diminution la plus importante des températures ressenties est relevée dans les stations côtières où la force de la brise est renforcée par l’effet « venturi » (canalisation du vent par le relief) : c’est le cas à Benghazi en Lybie et à Gabès en Tunisie. D’où l’intérêt de la prise en compte des facteurs orographiques à méso-échelle et des autres facteurs modifiant les paramètres météorologiques étudiés (vent, température, humidité) à l’échelle locale comme les constructions et la végétation (Zoumakis et al., 2011 ; Ben-Shalom, 2013).
Figure 14 : Répartition de l’écart tri-horaire entre l’indice de confort « heat index » et THW dans 22 stations au Maghreb oriental par temps de brise. Le cas des mois de juillet et août 2009 à 9h, 12h, 15h, 18h et 21h (moyennes d’environ 50 jours ; données NCEP).
48En conclusion, au cours d’une journée de brise, la variation temporelle du confort thermique change suivant les indices utilisés, puisque ils ne sont pas calculés à partir des mêmes paramètres météorologiques. Dans cette étude le confort est évalué à l’ombre sans intégrer l’effet de l’exposition à la radiation solaire. L’indice Temperature-Humidity-Wind-Sun (THWS) utilise l’humidité, la température, les effets rafraichissant du vent et le rayonnement solaire direct pour calculer une température apparente au soleil (Steadman, 1979). Cet indice ne sera pas traité dans ce papier en raison de l’absence de données sur la radiation.
49Dans cet exemple, les cycles des indices de confort thermique HI et THW sont étudiés à partir d’un réseau de stations météorologiques fixes de type Davis Vantage pro formé de 3 stations enregistrant les différents paramètres météorologiques (vent, température, humidité, pression) toutes les cinq minutes.
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La première est située à 1 km du centre-ville et à moins de 2 km de la côte, en milieu urbain, près de la route de Soukra.
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La deuxième a été implantée à environ 15 km du rivage en milieu rural, à l’ouest de la commune de Khazzanet.
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La troisième a été installée au sud-ouest de l’agglomération, à environ 20 km du rivage dans un milieu rural moins végétalisé que celui de la deuxième station.
50Dans ce travail, les résultats recueillis le 1er août 2009, journée type de brise de mer, seront détaillés (fig. 15).
51La nuit, les deux indices de confort thermique se rapprochent parce que la vitesse de la brise de terre venant du NO est très faible. Ils baissent considérablement et atteignent leurs niveaux minimum en fin de nuit (5h). La situation devient confortable particulièrement en campagne où le HI et le THW avoisinent 20°C alors qu’ils approchent les 25°C près du centre-ville à cause de l’écart thermique entre la ville et la campagne : c’est le phénomène de l’îlot de chaleur urbain (Dahech, 2012). En effet, la chaleur stockée par les surfaces urbaines le jour dépasse celle stockée en campagne, en raison du volume plus important des éléments urbains, leurs couleurs, leurs inerties thermiques et les flux de chaleur latente et sensible. La majorité des sols en ville sont imperméables. L’eau ne s’infiltre qu’en très faible quantité en profondeur, d’où une évaporation minime en ville (Oke, 1973 ; Escourrou, 1991). Conséquemment, en milieu urbain, peu d’énergie est utilisée pour évaporer l’eau, ce qui augmente la part de l’énergie transformée en chaleur sensible. La chaleur stockée le jour sera restituée la nuit et les températures minimales observées en fin de nuit demeurent supérieures à celles relevées en milieu rural.
52Dans les trois stations, l’arrivée de la brise de mer, attestée par une impulsion de la vitesse du vent et une déviation de sa direction qui souffle désormais de la mer, est accompagnée par une légère baisse de la température, une augmentation de l’humidité (point de rosé), une légère diminution du HI et une baisse plus remarquable du THW. L’avènement de la brise est observé vers 10h dans la première station, à 2 km de la mer, à 12 :15 dans la deuxième station, à 15 km de la mer alors qu’elle atteint la troisième station, à 20 km de la mer, à 13h.
53Au début de l’après-midi, la brise se renforce. Parallèlement, le THW, dépendant de la vitesse du vent, diminue notamment en campagne, plus dégagée, où elle franchit 5 m/s. Cependant, en ville, la brise est plus faible (3 m/s) à cause de la rugosité du substrat, d’où son effet rafraichissant moins notable. Le THW est inférieur à 30°C en campagne l’après-midi, alors qu’il atteint 33°C à 16h en ville quand la vitesse de la brise littorale ralentit et passe en-dessous de 2 m/s.
54Quant au HI, nettement plus élevé que le THW l’après-midi, il franchit la barre des 32°C dans les trois stations. Le niveau de confort d’après cet indice passe à la deuxième catégorie : la prudence est requise, le risque d’insolation, de crampes musculaires et/ou d’épuisement par la chaleur est possible avec une exposition prolongée et/ou une activité physique.
55Les deux stations rurales présentent quelques disparités. Le milieu environnant de la deuxième, plus végétalisée que la troisième, rend l’atmosphère plus fraiches et plus humide en fin de journée et durant la nuit ce qui améliore, relativement, le niveau de confort (fig. 15).
Figure 15 : Température, point de rosé, HI, THW et Vitesse et direction du vent par temps de brise de mer le 1/08/09 dans trois stations météorologiques (Davis) à Sfax.
56Les résultats fournis par les trois indices utilisés dans ce travail sont globalement cohérents. L’humidex et le heat index, basés sur la combinaison de la température et l’humidité montrent que la situation la plus inconfortable au cours d’une journée de brise, en été, s’observe entre midi et 15h. Cet inconfort revient à la forte chaleur estivale qui augmente autant qu’on se dirige vers le sud et vers l’intérieur. Le degré de confort s’améliore davantage en fin de journée et au en début de soirée notamment dans les stations situées loin de la mer où les taux d’humidité sont relativement faibles et la chute des températures est rapide par rapport au littoral. Néanmoins, nous estimons que l’indice Heath index est plus approprié à notre zone d’étude car l’inconfort, tel que exprimé par l’humidex, est surestimé. En effet, la deuxième classe de l’humidex regroupant les indices allant de 30 à 39 correspond à un certain inconfort, d’après la charte figurant dans l’annexe 1, et une sensation de malaise. Cependant, cette classe d’humidex est atteinte partout au Magreb oriental de 9h à 18h d’après la fig. 10 alors que ce n’est pas le cas en réalité. La population maghrébine est certes plus adaptée à la chaleur que celle habitant le Canada où a été conçu cet indice.
57Quant au troisième indice le THW intégrant le vent en plus de l’humidité et de la température, il donne des résultats plus logiques et proches du contexte méditerranéen par temps de brise. Cet indice montre des différences importantes concernant le degré de confort à 18h et 21h par rapport aux deux autres indices. Suivant le THW, la situation est plus confortable près du littoral à 18h par rapport à 21h car en fin de journée (18h) la vitesse de la brise avoisine 5 m/s ce qui procure une sensation de confort. Néanmoins, en début de soirée (21h), la brise s’amenuise, parallèlement à la diminution du contraste thermique entre le continent et la mer et l’humidité relative devient élevée près de la côte rendant le temps lourd. Cette sensation d’inconfort s’amplifie dans les quartiers densément bâtis comme dans les centre-ville où la population a recours massivement à la climatisation électrique comme c’est le cas à Sfax (Dahech, 2012).
58L’été, en dehors des jours de brise, certains jours de sirocco pourraient être constatés. Il s’agit d’un vent sec et très chaud venant du Sahara. Le temps du sirocco est très inconfortable (Hénia et Mougou, 1997 ; Dahech et al., 2007). Le mercure dépasse souvent 40°C en milieu de journée et l’humidex franchit la barre de 45, l’équivalent d’un degré de confort correspondant à un danger extrême. Quant au HI, il dépasse 41°C entre 9h et 21h dans la plupart des régions, en dehors des stations situées en altitudes comme Thala et Kasserine au centre-ouest tunisien (annexe 3). Des risques forts de malaise et d’épuisement physique sont constatés en cas d’exposition au soleil.
59La brise de mer est fréquente sur les côtes du Maghreb oriental entre juin et septembre (environ 70 % durant la période 2005-2010). Ce pourcentage est plus élevé au mois de juillet et août où il atteint 85 % dans certaines stations. L’arrivée de la brise de mer est constatée deux à trois heures après le lever du soleil près du littoral et tardivement à l’intérieur des terres. Elle se manifeste par une impulsion de la vitesse du vent, une légère diminution de la température et une augmentation de l’humidité. Le vent est quasi perpendiculaire au trait de côte quand la brise de mer est bien installée au début de l’après-midi. En fin de journée elle peut pénétrer jusqu’à environ 80 km en Tunisie et 100 km en Libye. Les conditions orographiques peuvent perturber la circulation de la brise : par exemple, à Benghazi, Djebel Akhdar canalise la brise de mer dans la direction NE et augmente sa vitesse.
60Au milieu d’une journée de brise, le degré de confort exprimé dans ce travail par les indices humidex, Heat Index (HI) est médiocre au bord de la mer (hausse de l’humidité) et dans les stations continentales (forte chaleur). Entre le littoral et l’intérieur, à quelques kilomètres de la côte, la situation est meilleure. Cependant, l’indice Temperature Humidity Wind Index (THW) intégrant l’effet rafraichissant du vent, montre une amélioration de l’ambiance bioclimatique dans les stations où souffle la brise de mer notamment quand elle est bien installée et non freinée par des obstacles (comme en milieu urbain dense). En fin de journée, le degré de confort s’améliore progressivement sur le littoral pour devenir très confortable la nuit.
61La population habitant le littoral bénéficie du temps de brise en été, de loin plus confortable que le temps de sirocco, bien que la brise soit associée dans les plaines côtières industrialisées à une mauvaise qualité de l’air (Simpson, 1994).
62Il est à noter que les données utilisées dans ce travail sont relevées pour la plupart dans des aérodromes, situés en milieu dégagé, et que la situation changera obligatoirement en milieu urbain sous l’effet de la ville comme cela a été montré à travers l’exemple de l’agglomération de Sfax. De légères disparités au niveau du confort thermique existaient entre les mois de la saison chaude particulièrement entre juin et septembre ce dernier étant plus humide. Les valeurs moyennes des indices de confort et des paramètres météorologiques avancées dans ce travail pourraient subir des ajustements en fonction des types de circulation et de la période de la saison (début, fin).
