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Brises thermiques à Bizerte : approche multiscalaire

Thermal breezes in Bizerte: a multiscalar approach
Mounir Sellami, Salem Dahech et Sami Charfi
p. 131-149

Résumés

À Bizerte, agglomération littorale de l'extrême nord de la Tunisie, le tracé en angle droit du trait de côte et la topographie contrastée, ainsi que l'occupation du sol variée, influencent l'aérologie locale. Afin d'analyser les situations pendant lesquelles des brises thermiques se produisent, nous avons exploité les données sur la période 1990-2022 de la station météorologique de l'aérodrome de Sidi Ahmed et celles de la station DAVIS que nous avons gérée pendant l'été 2020 dans le centre-ville. Des mesures mobiles ont en outre été réalisées en août 2021 et en août 2022. Enfin, il a été tiré profit de l'analyse de données de télédétection : cartes de l'occupation du sol, de la température de surface et Facteur de Vue du Ciel (FVC).
Les contrastes thermiques terre-mer donnent naissance à des brises de mer et à des brises de terre. Ces dernières sont doublées par des brises qui s'écoulent sur les versants du djebel Ennadhour. Les brises de mer sont plus fréquentes en été, saison durant laquelle elles sont observées sur deux tiers des journées. Elles soufflent à une vitesse moyenne de 6 m/s, du nord et de l'est à cause de la forme du trait de côte. Ces brises de mer sont souvent devancées par une brise venant du lac de Bizerte, situé au sud. Les brises de terre ont une vitesse ne dépassant pas 3 m/s. Leur trajectoire, influencée par la topographie, suit les basses plaines et les vallées. Dans la ville, la morphologie urbaine et la disposition par rapport à la côte impactent à la fois l'orientation et la vitesse des brises. Pour les voies parallèles à la direction des brises de mer, lorsqu'elles sont larges et à faible encaissement, les vitesses moyennes du vent oscillent entre 3 m/s (en début d'après-midi) et 4 m/s (en fin d'après-midi). Les voies plus encaissées et moins larges de même orientation montrent des vitesses moyennes plus élevées, qui passent de 4 à 7 m/s entre le début et la fin de l'après-midi.

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Texte intégral

I - Introduction

1Les brises thermiques sont des vents locaux alternant au cours de la journée. Ils résultent des contrastes de température entre deux surfaces limitrophes, ce qui se traduit par des modifications des gradients de pression et donc par des changements de direction et de vitesse du vent (P. CARREGA, 1994 ; G. BELTRANDO et L. CHÉMERY, 1995). Les conditions favorables au développement des brises de mer sont surtout liées à un réchauffement diurne du continent plus rapide et plus fort que celui de la mer. La nuit, le phénomène s'inverse, le refroidissement de la terre, supérieur à celui de la mer, donnant naissance, dans les basses couches de l'atmosphère, à une brise de terre dirigée vers la mer (J.E. SIMPSON, 1994). Conscients de leurs impacts environnementaux, sanitaires, voire socio-économiques, les géographes climatologues s'intéressent de plus en plus à l'étude des brises. Par leur rôle dans le transfert des polluants et le ressenti du confort thermique, les brises conditionnent, à différents degrés et à différentes échelles, le bien-être humain et le comportement socio-économique des habitants des zones se trouvant sous leur influence (G. BELTRANDO et al., 2008).

2L'observation et la description des brises ont fait l'objet d'un nombre important d'études et de publications, que ce soit pour les brises littorales (P. CARREGA, 1989, 1994 ; A. DUDOUIT, 2004 ; S. DAHECH, 2007 ; S. DAHECH et S. CHARFI, 2017 ; C. YOU et al., 2019...), orographiques (P. KASTENDEUCH, 1996 ; H. QUÉNOL, 2002 ; M. MADELIN, 2004 ; S. WU et al., 2021) ou urbaines (T.R. OKE, 1993 ; P. CARREGA, 1994 ; Y. CHENG et al., 2023). Avec les progrès des moyens instrumentaux (mini-capteurs, stations météorologiques automatiques, images satellitaires), les données sont devenues plus faciles à collecter, permettant ainsi de mieux décrire et comprendre les phénomènes. Les brises nécessitent souvent une étude multiscalaire, car elles influencent divers domaines en interaction entre le milieu physique et la société (dispersion ou concentration de la pollution d'origine industrielle ou urbaine, ventilation et rafraîchissement de l'air dans une rue...). Dans leurs travaux, I. ORLANSKI (1975), M.M. YOSHINO (1975), E. CHOISNEL (1987), P. CARREGA (1989) et H. QUÉNOL (2002) ont montré l'intérêt de la hiérarchisation des échelles pour l'étude des phénomènes atmosphériques. Les brises thermiques relèvent de la méso-échelle (100 km - 10 km) et de l'échelle locale (10 km - 1 km), mais peuvent aller aussi parfois jusqu'à l'échelle micro-locale (100 m - 1 m).

3En Méditerranée, la forte fréquence des situations météorologiques stables, notamment en été, est favorable à une fréquence élevée des brises littorales. C'est notamment le cas à Bizerte, en Tunisie septentrionale, où nous avons mené une étude multiscalaire des brises thermiques dans le but d'identifier les facteurs influençant leurs caractéristiques. Par rapport à une étude antérieure (S. DAHECH et S. CHARFI, 2017), ce travail a pour objectif de caractériser les brises dans la partie centrale de l'agglomération. Une partie des résultats obtenus a fait l'objet d'une publication dans les actes du 35ème colloque de l'Association Internationale de Climatologie, sous la forme d'un résumé de quatre pages (M. SELLAMI et al., 2022). Mais la période d'étude est ici élargie et les interprétations plus détaillées.

II - Zone d'étude

4Du sud au nord, l'agglomération de Bizerte s'étend de Menzel Jemil (à une altitude moyenne de 63 m) à la Corniche en bord de mer (Fig. 1). La ville donne son nom au gouvernorat dont elle est le chef-lieu.

Figure 1 - Localisation et extension urbaine de l'agglomération de Bizerte.

Figure 1 - Localisation et extension urbaine de l'agglomération de Bizerte.

Source de l'image de localisation : image satellitaire Google Earth du 4 juin 2021.
Source de la carte de l'occupation du sol : image satellitaire Sentinel 2 du 24 décembre 2020 à 12h41 heure locale.

5Les altitudes maximales (vers 250 m) se trouvent au nord, sur les hauteurs du djebel Ennadhour. L'occupation du sol et le tissu urbain de l'agglomération sont diversifiés.

6La partie densément bâtie occupe le centre de la ville et une frange littorale, étroite par endroit. La zone la plus peuplée correspond à la délégation de Bizerte Nord, qui compte plus de 87000 habitants et présente une densité de population de l'ordre de 1600 habitants/km2 (INS, 2014).

7Bizerte bénéficie d'un climat méditerranéen à nuance subhumide avec un été chaud et sec et un hiver doux et humide. L'aérologie locale est très influencée, notamment en été, par les facteurs géographiques locaux : effets de la mer, du lac et de la topographie (Fig. 2). Les contrastes thermiques terre-mer donnent naissance aux brises de mer et aux brises de terre. Ces dernières sont doublées par les brises s'écoulant sur les versants du djebel Ennadhour (que nous appellerons brises d'amont), lequel est couvert d'une forêt portant le même nom. La périphérie rurale, plus végétalisée (Fig. 3), est plus fraîche la nuit que le centre-ville de Bizerte par temps radiatif (S. DAHECH et S. CHARFI, 2017).

Figure 2 - Orographie de l'agglomération de Bizerte et de son arrière-pays (MNT SRTM à 30 m).

Figure 2 - Orographie de l'agglomération de Bizerte et de son arrière-pays (MNT SRTM à 30 m).

Figure 3 - Indice de végétation normalisé (NDVI) de l'agglomération de Bizerte et de son arrière-pays.

Figure 3 - Indice de végétation normalisé (NDVI) de l'agglomération de Bizerte et de son arrière-pays.

Source de l'image : Landsat 8 OLI TIRS du 30 juillet 2020 à 10h54 heure locale.

8La vitesse moyenne du vent est généralement faible à modérée. On peut toutefois enregistrer des vents forts dépassant 11 m/s. Sur la période 1990-2022, soit 33 années civiles, ils représentent 3,1 % des enregistrements horaires pour l'hiver (décembre à février), 2,0 % pour le printemps (mars à mai), 0,6 % pour l'été (juin à août) et 1,2 % pour l'automne (septembre à novembre). Bizerte est une région parmi les plus ventées de Tunisie (S. DAHECH et al., 2012). En moyenne annuelle, le pourcentage du calme ne dépasse pas 12,4 %. Il est de 10,6 % pour la saison chaude de juin à septembre.

III - Données et méthodes

9Les données météorologiques utilisées sont multi-sources. Il s'agit des données horaires issues de la station Sidi Ahmed gérée par l'Institut National de la Météorologie (INM) (direction et vitesse du vent mesurées en haut d'un mat à 12 m de hauteur, température et humidité de l'air, visibilité et pression atmosphérique mesurées à 2 m au-dessus du sol). Elles couvrent la période 1990-2022. La fiabilité des données a été vérifiée en recherchant les valeurs aberrantes, en vérifiant la cohérence entre les paramètres mesurés (température, humidité, direction et vitesse du vent, pression atmosphérique...) et en examinant la concordance temporelle entre ces paramètres. Les valeurs problématiques représentent 0,21 % seulement du total des mesures. Il n'en a pas été tenu compte dans les calculs.

10Les valeurs journalières sont considérées de 0h à 24h (heures locales). Une mesure effectuée à 24h n'entre pas dans le calcul de la moyenne journalière. Elle intervient uniquement comme valeur à 0h du jour d'après.

11Afin de sélectionner les jours de brises, des filtres ont été appliqués aux données. Ces critères sont indiqués dans l'article de S. DAHECH et al. de 2012. La méthode est inspirée des travaux de J. NEUMANN et Y. MAHRER (1971), J.E. SIMPSON (1994), O. PLANCHON (1997), K. BORNE et al., (1998) et S. DAHECH et al. (2005). Nous n'avons retenu que les jours où les précipitations sont absentes, où la pression est supérieure à 1007 hPa et où le vent présente une vitesse maximale instantanée inférieure à 12 m/s avec pour origine le secteur nord à est (la mer) le jour, et le secteur ouest à nord-ouest (le continent) la nuit. Seuls ont été considérés les jours où ces directions alternent. Les données sélectionnées ont servi pour identifier les configurations isobariques ayant donné lieu aux différentes brises locales.

12À ces données produites par l'INM, s'ajoutent celles fournies par une station météorologique automatique DAVIS Vantage Vue, que nous avons exploitée au centre-ville de Bizerte du 7 août au 21 septembre 2020. Elle permet de mesurer la température, l'humidité relative, la vitesse et la direction du vent, ainsi que la pression atmosphérique, à un pas de temps demi-horaire. Cette station était située à 9 m de hauteur sur le toit du Commissariat Régional de Développement Agricole (CRDA).

13Nous avons en outre réalisé des campagnes "itinérantes" (en voiture) et "semi-itinérantes" (à pied) pour la mesure de la température, de l'humidité relative et du vent (vitesse et direction). Les mesures thermo-hygrométriques ont été effectuées du 15 au 21 août, en 2021 et en 2022, avec un thermomètre à sondes interchangeables de marque TESTO. Le circuit emprunté permet de caractériser les brises dans l'agglomération et ses environs. Il débute sur les hauteurs d'Ennadhour (forêt) et suit le couloir topographique qui mène jusqu'à la limite nord-ouest de l'agglomération de Bizerte. Il traverse ensuite le centre-ville en direction de la Corniche pour atteindre la pointe nord-est de la côte. Dans la partie sud de Bizerte, quelques points de mesure ont été choisis à Menzel Abderrahman et Zarzouna. Les mesures ont été réalisées le matin (de 8h30 à 9h), en début d'après-midi (de 12h30 à 13h) et en fin d'après-midi (17h30 à 18h), en vue d'identifier l'agencement des brises à différents moments de la journée.

14Dans le quartier européen, ces mesures mobiles ont été effectuées selon un maillage plus serré, en tenant compte de la morphologie urbaine et de la direction dominante des brises de mer. Au total, 27 points de mesure ont été considérés à l'échelle de l'agglomération hors quartier européen (81 mesures par jour) et 14 points au niveau de celui-ci (42 mesures par jour). Les déplacements ont été effectués à pied dans le quartier européen et en voiture pour le reste de l'agglomération.

IV - Étude des brises à méso-échelle

1 ) Fréquence mensuelle des brises de mer, leur direction et leur vitesse mesurées à l'aérodrome de Sidi Ahmed

15L'application des critères de sélection des brises a permis de retenir 7312 cas, soit 60 % des jours de 1990 à 2022. Les brises littorales sont des phénomènes de "beau temps". Elles sont plus fréquentes durant la saison chaude, qui offre les conditions propices à son déclenchement, à savoir un vent synoptique faible et un gradient thermique terre-mer élevé. À Bizerte, ces conditions dominent en été avec l'installation fréquente des situations de marais barométrique en surface et d'un haut géopotentiel en altitude 500 hPa (S. DAHECH et S. CHARFI, 2017). La fréquence mensuelle des jours de brises atteint de 70 à 82 % entre juin et septembre, le maximum se situant en août (Fig. 4). La durée de la période considérée dans ce travail étant sensiblement plus longue que celle de la période traitée par M. SELLAMI et al. (2022), il n'est pas étonnant que les résultats obtenus soient différents. Les fréquences mensuelles des brises entre 1990 et 2022 dépassent de 10 à 20 % celles de la période 1973-2021.

Figure 4 - Fréquences mensuelles moyennes (%) des jours de brises sur la période janvier 1990 - décembre 2022 à l'aérodrome de Sidi Ahmed.

Figure 4 - Fréquences mensuelles moyennes (%) des jours de brises sur la période janvier 1990 - décembre 2022 à l'aérodrome de Sidi Ahmed.

Source des données : Institut National de la Météorologie - METeorological Aerodrom Report (INM-METAR).

16De même que l'étude de S. DAHECH et S. CHARFI (2017) basée sur les données horaires de la période 1974-2013, l'examen des données acquises par l'INM sur la période 1990-2022 met en évidence la fréquence élevée du phénomène en été (Fig. 5). De juin à septembre, la proportion des vents de force moyenne (5 à 10 m/s) soufflant de la mer à 15h, que ce soit du secteur septentrional ou du secteur oriental, selon des directions grossièrement perpendiculaires à la côte, avoisine 70 % à Bizerte.

Figure 5 - Roses des vents par classes des vitesses des brises enregistrées à 9h, 15h, 21h et 3h à la station de l'aérodrome de Sidi Ahmed durant les mois de saison chaude (juin, juillet, août et septembre) sur la période janvier 1990 - décembre 2022.

Figure 5 - Roses des vents par classes des vitesses des brises enregistrées à 9h, 15h, 21h et 3h à la station de l'aérodrome de Sidi Ahmed durant les mois de saison chaude (juin, juillet, août et septembre) sur la période janvier 1990 - décembre 2022.

Source des données : INM-METAR.

17La vitesse des brises nocturnes est faible et ne dépasse pas 3 m/s. Elles soufflent vers la mer (voir rose des vents de 3h ‒ Fig. 5, en bas à droite). Sous l'effet de la topographie, elles longent les basses plaines et les vallées situées à l'ouest de la station météorologique de l'aérodrome de Sidi Ahmed. Du fait de l'écart entre les distances séparant cette station du lac de Bizerte (1 km) et de la mer (11,5 km), deux types de brises de terre sont identifiées : les unes soufflant vers le lac (vent de nord à nord-ouest) et les autres vers la mer (vent d'ouest à ouest-sud-ouest). Les brises de mer, pour leur part, sont précédées par une brise de lac venant du sud-est, d'une vitesse souvent inférieure à 4 m/s. Les brises de lac représentent environ 25 % des situations de brise en été. Elles ne sont observées que par temps calme (S. DAHECH et S. CHARFI, 2017).

2 ) Caractéristiques des brises près de la mer d'après les données de la station fixe DAVIS Vantage Vue

18Les roses des vents générées à partir des données de la station DAVIS installée au cœur de Bizerte (Fig. 6) reproduisent la séquence temporelle habituelle des brises de mer et de terre.

Figure 6 - Roses des vents par classes des vitesses des brises enregistrées à 9h, 15h, 21h et 3h à la station DAVIS installée au CRDA de Bizerte (centre-ville) du 7 août au 21 septembre 2020 (données demi-horaires ‒ M. SELLAMI et al., 2022).

Figure 6 - Roses des vents par classes des vitesses des brises enregistrées à 9h, 15h, 21h et 3h à la station DAVIS installée au CRDA de Bizerte (centre-ville) du 7 août au 21 septembre 2020 (données demi-horaires ‒ M. SELLAMI et al., 2022).

19Le matin vers 8h30 - 9h, le contraste thermique entre la terre et la mer n'étant pas très prononcé, la station peut se trouver sous l'influence d'une brise de mer venant du secteur est. La station a également enregistré des vents faibles à modérés soufflant parallèlement à la côte orientale ; ils correspondent à la renverse matinale des brises venant des secteurs nord ou sud. Sur les périodes de renverse, les vents venant du nord, canalisés par le relief, sont plus forts que ceux du sud. Nous avons également relevé un vent soufflant du nord-ouest à 4,5 m/s qui peut correspondre à un vent synoptique. Il est rare en été.

20À 15h, le contraste thermique terre-mer atteint son apogée. La brise de mer s'impose ; elle souffle à une vitesse moyenne de 5 m/s du nord, nord-est et est-nord-est.

21Sur la rose des vents de 21h, on remarque que la brise de mer continue à souffler, des directions précitées, dans 70 % des cas.

22Vers 1h, la brise de terre se lève du secteur ouest à nord-ouest (Fig. 7). Elle se confond avec la brise d'amont qui ramène de l'air frais du djebel Ennadhour. La vitesse du vent est faible, de l'ordre de 1 m/s, en raison de l'amenuisement de l'écart thermique terre-mer.

Figure 7 - Anémogramme montrant l'alternance entre brises de terre, d'amont et de mer à Bizerte le 4 septembre 2020 (données de la station fixe DAVIS installée au CRDA de Bizerte).

Figure 7 - Anémogramme montrant l'alternance entre brises de terre, d'amont et de mer à Bizerte le 4 septembre 2020 (données de la station fixe DAVIS installée au CRDA de Bizerte).

23La rose des vents de 3h montre la prédominance des apports d'air continental amené par les brises de terre, dont la vitesse est souvent inférieure à 2 m/s. Notons également une fréquence élevée du calme à cette heure (environ 30 %) (Fig. 6 et 7).

24Les brises de mer venant de la composante est se lèvent vers 8h30 - 9h, alors que celles venant de la composante nord sont observées à partir de 12h. L'heure à laquelle toutes ces brises se couchent varie de 21h à minuit. La station DAVIS est située à 750 m de l'entrée du lac (canal) et à environ 900 m de la mer. Pour cette raison, cette station est moins exposée aux influences aérologiques du lac que celle de Sidi Ahmed (INM).

25L'influence du vent synoptique apparaît aussi au niveau des brises de terre et d'amont. En effet un vent synoptique de vitesse modérée peut favoriser ces brises en suivant la même direction. À titre d'exemple, le 4 septembre 2020, le vent synoptique a favorisé : 1/ une brise de terre d'ouest-nord-ouest qui s'est levée à 1h et a précédé une brise d'amont oscillant entre le nord et le nord-ouest, les deux soufflant jusqu'à 8h30 - 9h et 2/ une brise de mer qui s'est ensuite installée jusqu'à minuit (Fig. 7).

3 ) Analyse comparative des situations de brise entre la station météorologique de l'aérodrome de Sidi Ahmed et celle du centre-ville

26Pour cette analyse, ont été comparées les données des stations de l'aérodrome de Sidi Ahmed et du centre-ville sur la période commune d'observation allant du 7 août au 21 septembre 2020.

27La fréquence des brises à faible vitesse est plus forte au centre-ville qu'à l'aérodrome de Sidi Ahmed. Cela s'explique par la rugosité liée à la ville. De ce fait, 80 % des brises de mer n'y dépassent pas 3,6 m/s. En revanche, dans l'arrière-pays, la station de l'aérodrome de Sidi Ahmed se trouve dans un espace rural dégagé. La fréquence des vents de vitesse plus élevée est donc plus forte : 30 % des brises de mer dépassent 5,7 m/s à Sidi Ahmed, contre 0,5 % seulement au centre-ville (Fig. 8).

Figure 8 - Fréquence des vitesses de vent enregistrées les jours de brises à l'aérodrome de Sidi Ahmed et au centre-ville du 7 août au 21 septembre 2020.

Figure 8 - Fréquence des vitesses de vent enregistrées les jours de brises à l'aérodrome de Sidi Ahmed et au centre-ville du 7 août au 21 septembre 2020.

Sources des données : INM-METAR et station DAVIS,

28À l'aérodrome de Sidi Ahmed, les brises de nord-ouest dominent, alors qu'au centre-ville ce sont celles du secteur est qui l'emportent du fait de la proximité de la mer dans cette direction (Fig. 9).

Figure 9 - Roses des vents établies pour les jours de brises à l'aérodrome de Sidi Ahmed (A) et au centre-ville (B) du 7 août au 21 septembre 2020.

Figure 9 - Roses des vents établies pour les jours de brises à l'aérodrome de Sidi Ahmed (A) et au centre-ville (B) du 7 août au 21 septembre 2020.

Sources des données : INM-METAR (24 enregistrements horaires/jour) et station DAVIS (48 enregistrements demi-horaires/jour).

29Au cours de la journée, en fonction de l'ampleur du gradient thermique entre la terre et la mer, les directions et les vitesses évoluent (Fig. 10).

Figure 10 - Schéma global de l'agencement des brises pour la station de Sidi Ahmed et la station DAVIS du centre-ville.

Figure 10 - Schéma global de l'agencement des brises pour la station de Sidi Ahmed et la station DAVIS du centre-ville.

Fond de figure : image satellitaire Google Earth du 4 juin 2021.
Sources des données : INM-METAR (24 enregistrements horaires/jour sur la période 1990-2022) et station DAVIS (48 enregistrements demi-horaires/jour du 7 août au 21 septembre 2020).

30À 3h, c'est la brise de terre qui est la plus active aux deux stations. Toutefois la direction du vent diffère selon le point d'observation :

  • À l'aérodrome, la composante nord à ouest-sud-ouest domine, le vent soufflant vers le lac de Bizerte (au sud de la station) ou vers la mer (nord-est de la station).

  • Au centre-ville, la composante ouest est la plus fréquente, le vent soufflant vers la mer, à l'est de la station.

31À 9h, la composante ouest commence à s'estomper au profit des composantes sud, est et nord. En raison de sa proximité avec le lac de Bizerte, l'aérodrome de Sidi Ahmed enregistre des brises en provenance du sud-est, avec des vitesses pouvant atteindre 11,1 m/s. À la station du centre-ville, les brises de composante sud peuvent être soit des brises de lac dont la vitesse est affaiblie à cause de leur passage par l'espace urbain de Menzel Abderrahman et Zarzouna, soit des brises de terre générées par le gradient thermique entre la terre (Menzel Abderrahman, et Zarzouna) et la mer située au nord.

32À 15h, le gradient thermique entre la terre et la mer est plus prononcé, les brises de mer sont plus actives. Elles sont de provenance nord-est à l'aérodrome de Sidi Ahmed. Au centre-ville, elles ont deux directions principales : nord et nord-est à est. Les vitesses de ces brises de mer restent plus élevées à Sidi Ahmed qu'au centre-ville, où le vent est ralenti par les bâtiments alentour. On note toutefois que les vitesses peuvent, dans quelques rares cas, dépasser 5,7 m/s au centre-ville.

33À 21h, des brises de mer "tardives" sont encore enregistrées aux deux stations, mais les brises de terre, de composante ouest, prennent le dessus.

34À méso-échelle, l'effet de l'architecture urbaine sur l'orientation et la vitesse des brises (de terre ou de mer) ne sont pas perceptibles. Or, d'après la bibliographie (M.M. YOSHINO, 1975 ; P. CARREGA, 1994 ; H. QUÉNOL, 2002), la nature, l'orientation et la vitesse des brises sont fortement influencées par la nature radiative des différents éléments de la ville, leur encaissement et leur orientation.

V - Étude des brises à l'échelle fine : le quartier européen comme exemple

35De nombreuses spécificités urbaines influencent l'écoulement aérologique et ses caractéristiques. Les éléments clés sont :

  • La géométrie urbaine ("canyons urbains", largeur des voies, encaissement par rapport aux bâtiments), qui conditionne le flux d'air et sa vitesse.

  • L'utilisation massive de matériaux imperméables et la répartition de la végétation qui modifient les propriétés et les échanges thermiques.

36Pour aborder l'analyse de l'interaction de quelques paramètres affectant les brises dans le domaine urbain à Bizerte, nous allons nous appuyer sur l'exemple du quartier européen au sud de Bizerte Nord : "L'orientation, la largeur, l'encaissement, la rugosité et la distance par rapport à la mer des voies de circulation peuvent être classées en deux grandes classes : 1/ des voies orientées dans le [...] sens de l'écoulement de la brise de mer (venant de l'Est-ENE) avec un dimensionnement (largeur entre 8 et 12 mètres) permettant l'écoulement fluide de l'air, 2/ des voies généralement en oblique [voire perpendiculaires à la brise], d'une orientation NO[-SE], dont la largeur et moins importante que la première catégorie (5-10 mètres) [Fig. 11]. Une autre orientation des rues, moins fréquente, est [...] E-O. Elle s'individualise par des largeurs importantes variant entre 10 et 15 m" (M. SELLAMI et al., 2022).

Figure 11 - Orientation des voies de circulation par rapport aux brises de mer dans le quartier européen de Bizerte (M. SELLAMI et al., 2022).

Figure 11 - Orientation des voies de circulation par rapport aux brises de mer dans le quartier européen de Bizerte (M. SELLAMI et al., 2022).

Fond de figure : image satellitaire Google Earth du 4 juin 2021.
Les numéros portées sur cette figure indiquent les 14 points de mesure des campagnes "semi-itinérantes".

37La répartition des vitesses du "vent" dans le quartier européen reflète l'interaction conjointe de plusieurs paramètres, et notamment :

  • L'influence des espaces végétalisés
    En début d'après-midi, place Palestine (ancienne place Foch), l'effet des espaces verts est peu sensible (Fig. 12, point 6). Mais en fin d'après-midi, en particulier au coucher du soleil, l'effet rafraîchissant de la végétation réduit le gradient thermique mer-terre, ce qui entraîne une réduction de l'appel d'air.
    Place Habib Bougatfa (Fig. 12, point 3), l'espace vert étant moins étendu, son effet adoucissant est moindre. L'après-midi, la température augmentant, le contraste thermique du site avec son environnement (et avec la mer) devient plus marqué, ce qui accentue la vitesse des brises de mer.

  • L'influence de la largeur des rues
    Les rues ou avenues les plus larges enregistrent des vitesses moins élevées et ce à cause de la faiblesse de l'effet de canalisation. Cependant, quand les rues sont étroites et les bâtiments élevés (rues "canyons"), l'effet de canalisation augmente la vitesse des brises (par exemple, rue Farhat Hached, Fig. 12, point 5, où les vitesses atteignent 7 m/s en début d'après-midi).
    Les brises aux vitesses les plus élevées (6-7 m/s) sont observées en début et en fin d'après-midi (Fig. 12) dans les rues en "canyon". Les sites à encaissement moins marqué, les rues plus larges et les ronds-points, enregistrent des vitesses de brise plus faibles, du fait du "relâchement" de l'effet de canalisation. C'est le cas au rond-point de l'horloge (Fig. 12, point 4) sur l'avenue Habib Bourguiba, où la vitesse moyenne des brises est de 4 m/s (M. SELLAMI et al., 2022).

Figure 12 - Vents en début (A) et en fin (B) d'après-midi dans le quartier européen de Bizerte les 20 et 21 août 2021 (M. SELLAMI et al., 2022).

Figure 12 - Vents en début (A) et en fin (B) d'après-midi dans le quartier européen de Bizerte les 20 et 21 août 2021 (M. SELLAMI et al., 2022).

Point 1 : station DAVIS. Point 2 : croisement entre l'avenue Habib Bourguiba et la rue Garibaldi. Point 3 : place Habib Bougatfa. Point 4 : site de l'horloge sur l'avenue Habib Bourguiba. Point 5 : rue Farhat Hached. Point 6 : place Palestine.
Fond des figures : image stellitaire Google Earth du 4 juin 2021.
Source des photographies : Google Street View.

38Ces constations sont appuyées par le Facteur de Vue du Ciel (FVC), en anglais Sky View Factor (SVF). Cet indice est calculé, sous QGIS (SagaGIS), en utilisant la maquette 3D du quartier européen. La hauteur des constructions est utilisée comme information sur le niveau Z.

39Dans le quartier européen, les zones enregistrant des vitesses de brise relativement élevées coïncident généralement avec celles dont les SVF sont les plus faibles et qui présentent donc un encaissement plus marqué (voies moins larges et bâtiments plus hauts) (Fig. 13).

Figure 13 - Facteur de Vue du Ciel (FVC) dans le quartier européen de Bizerte : vitesses des brises en fonction de la largeur des rues.

Figure 13 - Facteur de Vue du Ciel (FVC) dans le quartier européen de Bizerte : vitesses des brises en fonction de la largeur des rues.

Sources : campagne de mesure du 20 août 2021 dans le quartier européen, travaux de modélisation 3D, image satellitaire Google Earth du 4 juin 2021 et clichés Google Street View.

VI - Discussion et perspectives

40L'agglomération de Bizerte, de par la topographie et l'occupation du sol, subit de façon hétérogène les effets des contrastes thermiques et de l'aérologie. Cette constatation vaut non seulement à méso-échelle, mais aussi à l'échelle plus fine du quartier européen. En effet, les zones urbaines présentent des différences de densité du bâti, d'encaissement des rues et de disposition des voies routières par rapport aux entités géographiques qui entourent la ville (M. SELLAMI et al., 2022).

41Cette étude a donné des résultats généraux semblables à ceux publiés par S. DAHECH et S. CHARFI en 2017. Son apport réside dans une approche par emboîtement d'échelles, qui s'est appuyée sur les données de la station de Sidi Ahmed gérée par l'INM, par le suivi par nos soins d'une station complémentaire implantée en centre-ville durant l'été 2020 et par des mesures "semi-itinérantes" effectuées à une échelle fine dans le quartier européen sur des sites présélectionnés pour leur représentativité, tant pour les caractères des sites que pour leur exposition aux brises.

42À l'issue de cette étude, il ressort que les paramètres influençant la direction et la vitesse des brises thermiques sont spatialement très variables, même dans un espace aussi restreint que le quartier européen de Bizerte. En conséquence, pour bien étudier la répartition spatio-temporelle des brises thermiques, il apparaît efficient de consolider le réseau de mesure par des stations réparties de façon à atteindre tout à la fois un degré convenable de représentativité du milieu et une parfaite synchronisation spatiotemporelle des mesures. Des mesures à différentes hauteurs seraient également utiles dans le but d'identifier les inversions thermiques (P. CARREGA, 1994 ; R. ZEINALDINE et S. DAHECH, 2023). Faute de moyens suffisants, nous avons dû y renoncer pour des raisons de sécurité. Enfin, nous avons pu tester que l'exploitation des simulations issues d'un modèle 3D, peut donner plus d'exactitude dans la cartographie et l'interprétation des mesures.

43Les connaissances acquises sur l'agencement spatiotemporel des brises dans l'agglomération de Bizerte et son quartier européen pourront être exploitées dans de prochains travaux pour expliquer la répartition spatiotemporelle des polluants à travers une vision multiscalaire. Toutefois de telles études nécessitent une bonne couverture spatiotemporelle en matière de données, de sorte que leur cartographie et les interprétations qui en sont tirées ne soient pas biaisées.

VII - Conclusion

44Les données utilisées dans ce travail, celles de la station de l'aérodrome de Sidi Ahmed sur la période 1990-2022, de la station DAVIS que nous avons exploitée au centre-ville durant l'été 2020 et des campagnes mobiles d'août 2021 et 2022, ont permis d'enrichir les connaissances sur les caractéristiques des brises à Bizerte à deux échelles : 1/ au niveau de l'agglomération de Bizerte et de son arrière-pays et 2/ à un niveau plus fin, pour le quartier européen au sud-est de Bizerte Nord. Il a été ainsi possible de montrer l'effet de la distance par rapport à la mer et l'impact de la diversité des entités topographiques et de l'occupation du sol.

45Différents types de brises sont observées dans l'agglomération de Bizerte et son arrière-pays. Il s'agit de la brise de mer (d'est et de nord à nord-ouest), de la brise de lac (de sud-ouest pour le centre-ville de l'agglomération et de sud-est pour son arrière-pays), de la brise de terre (de nord-ouest et d'ouest) et de la brise d'amont (de nord et de nord-nord-ouest).

46Les brises de mer apparaissent d'abord à l'est, sur les sites proches du littoral. Elles sont plus tardives aux confins de l'agglomération. Leur vitesse, comprise entre 2 et 8 m/s, est influencée par la topographie et l'occupation du sol.

47En relation avec la rugosité du bâti urbain, les brises à faible vitesse sont plus fréquentes à la station du centre-ville qu'à l'aérodrome de Sidi Ahmed. Les mesures "semi-itinérantes" réalisées dans le quartier européen, font ressortir l'influence de la morphologie urbaine sur la circulation de l'air. Les brises ont des vitesses plus élevées dans les rues les moins larges, à fort encaissement et qui sont perpendiculaires au trait de côte.

48Afin d'aller plus loin dans la détermination des fronts et des horaires de migration des brises, en vue d'établir le lien avec les taux de pollution atmosphériques, il sera nécessaire de multiplier les stations météorologiques dans l'agglomération de Bizerte, dans toutes ses directions, mais aussi au delà, sur les hauteurs situées au nord (djebel Ennhadour), dans la zone agricole à l'ouest et au sud du chenal reliant le lac à la mer (Zarzouna, Rmel, Menzel Abderrahman).

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Table des illustrations

Titre Figure 1 - Localisation et extension urbaine de l'agglomération de Bizerte.
Légende Source de l'image de localisation : image satellitaire Google Earth du 4 juin 2021.Source de la carte de l'occupation du sol : image satellitaire Sentinel 2 du 24 décembre 2020 à 12h41 heure locale.
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/17178/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 292k
Titre Figure 2 - Orographie de l'agglomération de Bizerte et de son arrière-pays (MNT SRTM à 30 m).
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/17178/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 564k
Titre Figure 3 - Indice de végétation normalisé (NDVI) de l'agglomération de Bizerte et de son arrière-pays.
Légende Source de l'image : Landsat 8 OLI TIRS du 30 juillet 2020 à 10h54 heure locale.
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/17178/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 720k
Titre Figure 4 - Fréquences mensuelles moyennes (%) des jours de brises sur la période janvier 1990 - décembre 2022 à l'aérodrome de Sidi Ahmed.
Légende Source des données : Institut National de la Météorologie - METeorological Aerodrom Report (INM-METAR).
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/17178/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 104k
Titre Figure 5 - Roses des vents par classes des vitesses des brises enregistrées à 9h, 15h, 21h et 3h à la station de l'aérodrome de Sidi Ahmed durant les mois de saison chaude (juin, juillet, août et septembre) sur la période janvier 1990 - décembre 2022.
Légende Source des données : INM-METAR.
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/17178/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 316k
Titre Figure 6 - Roses des vents par classes des vitesses des brises enregistrées à 9h, 15h, 21h et 3h à la station DAVIS installée au CRDA de Bizerte (centre-ville) du 7 août au 21 septembre 2020 (données demi-horaires ‒ M. SELLAMI et al., 2022).
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/17178/img-6.jpg
Fichier image/jpeg, 348k
Titre Figure 7 - Anémogramme montrant l'alternance entre brises de terre, d'amont et de mer à Bizerte le 4 septembre 2020 (données de la station fixe DAVIS installée au CRDA de Bizerte).
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/17178/img-7.jpg
Fichier image/jpeg, 172k
Titre Figure 8 - Fréquence des vitesses de vent enregistrées les jours de brises à l'aérodrome de Sidi Ahmed et au centre-ville du 7 août au 21 septembre 2020.
Légende Sources des données : INM-METAR et station DAVIS,
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/17178/img-8.jpg
Fichier image/jpeg, 84k
Titre Figure 9 - Roses des vents établies pour les jours de brises à l'aérodrome de Sidi Ahmed (A) et au centre-ville (B) du 7 août au 21 septembre 2020.
Légende Sources des données : INM-METAR (24 enregistrements horaires/jour) et station DAVIS (48 enregistrements demi-horaires/jour).
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/17178/img-9.jpg
Fichier image/jpeg, 172k
Titre Figure 10 - Schéma global de l'agencement des brises pour la station de Sidi Ahmed et la station DAVIS du centre-ville.
Légende Fond de figure : image satellitaire Google Earth du 4 juin 2021.Sources des données : INM-METAR (24 enregistrements horaires/jour sur la période 1990-2022) et station DAVIS (48 enregistrements demi-horaires/jour du 7 août au 21 septembre 2020).
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/17178/img-10.jpg
Fichier image/jpeg, 268k
Titre Figure 11 - Orientation des voies de circulation par rapport aux brises de mer dans le quartier européen de Bizerte (M. SELLAMI et al., 2022).
Légende Fond de figure : image satellitaire Google Earth du 4 juin 2021.Les numéros portées sur cette figure indiquent les 14 points de mesure des campagnes "semi-itinérantes".
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/17178/img-11.jpg
Fichier image/jpeg, 384k
Titre Figure 12 - Vents en début (A) et en fin (B) d'après-midi dans le quartier européen de Bizerte les 20 et 21 août 2021 (M. SELLAMI et al., 2022).
Légende Point 1 : station DAVIS. Point 2 : croisement entre l'avenue Habib Bourguiba et la rue Garibaldi. Point 3 : place Habib Bougatfa. Point 4 : site de l'horloge sur l'avenue Habib Bourguiba. Point 5 : rue Farhat Hached. Point 6 : place Palestine.Fond des figures : image stellitaire Google Earth du 4 juin 2021.Source des photographies : Google Street View.
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/17178/img-12.jpg
Fichier image/jpeg, 328k
Titre Figure 13 - Facteur de Vue du Ciel (FVC) dans le quartier européen de Bizerte : vitesses des brises en fonction de la largeur des rues.
Légende Sources : campagne de mesure du 20 août 2021 dans le quartier européen, travaux de modélisation 3D, image satellitaire Google Earth du 4 juin 2021 et clichés Google Street View.
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/17178/img-13.jpg
Fichier image/jpeg, 332k
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Pour citer cet article

Référence papier

Mounir Sellami, Salem Dahech et Sami Charfi, « Brises thermiques à Bizerte : approche multiscalaire »Physio-Géo, Volume 20 | -1, 131-149.

Référence électronique

Mounir Sellami, Salem Dahech et Sami Charfi, « Brises thermiques à Bizerte : approche multiscalaire »Physio-Géo [En ligne], Volume 20 | 2024, mis en ligne le 24 septembre 2024, consulté le 04 décembre 2024. URL : http://journals.openedition.org/physio-geo/17178 ; DOI : https://doi.org/10.4000/12ceh

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Auteurs

Mounir Sellami

Université Paris Cité, UMR PRODIG, et Université de Sfax, Faculté des Lettres et des Sciences Humaines, Laboratoire SYFACTE, TUNISIE.
Courriel : mounir_sellami@yahoo.fr

Salem Dahech

Université Paris Cité, UMR PRODIG.
Courriel : salem.dahech@gmail.com

Sami Charfi

Université de Sfax, Faculté des Lettres et des Sciences Humaines, Laboratoire SYFACTE, TUNISIE.
Courriel : charfisami_geo@yahoo.fr

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Droits d’auteur

CC-BY-NC-ND-4.0

Le texte seul est utilisable sous licence CC BY-NC-ND 4.0. Les autres éléments (illustrations, fichiers annexes importés) sont « Tous droits réservés », sauf mention contraire.

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