Retour sur les pluies diluviennes du 14 et 15 juillet 2021

Durant la majeure partie de la journée du mercredi 14 juillet 2021 et la nuit au jeudi 15 juillet 2021, des chutes de pluie continues et souvent fortes sont survenues sur l’ensemble du Grand-Duché (Fig. 1). Ces précipitations abondantes ont provoqué des inondations très importantes, notamment aux endroits proches de l’Alzette, de la Sûre, de l’Ernz Blanche et de l’Ernz Noire. Le Corps grand-ducal d’incendie et de secours (CGDIS) a dû intervenir plus de 1000 fois pendant cet épisode extrême. La Cellule de crise gouvernementale, activée par le Haut-commissariat à la protection nationale (HCPN) sur demande du Premier Ministre Xavier Bettel, s’est réunie la première fois le 15 juillet 2021 à 00h00 afin de coordonner les opérations avec les différents intervenants prévus dans le Plan d’intervention d’urgence en cas d’intempéries, dont fait partie MeteoLux. Cet article a pour objectifs d’examiner les conditions atmosphériques étant à l’origine de cet épisode pluvieux extrême et d’analyser la répartition des cumuls de pluie à travers le pays. En outre, la prévisibilité de cet événement sera discutée brièvement. A noter qu’une analyse plus technique sera également disponible au fil des prochains mois dans notre rubrique « Publications ».

Figure 1 : Animation des images radar (réflectivité en dBZ) du 14 juillet 2021 11:00 heure locale au 15 juillet 2021 00:00 heure locale. Source des données : Radar météorologique situé à Wideumont et opéré par l’Institut Royal Météorologique de la Belgique.

Situation météorologique générale

Le 14 juillet 2021, la situation synoptique en altitude était marquée par un creux d’altitude de type « cut off » centré sur le sud de l’Allemagne et les Alpes (Fig. 2a). Ce creux s’est développé au-dessus du nord-est du Canada le 7 juillet 2021 et s’est ensuite déplacée vers l’est en traversant l’Atlantique du Nord en direction de l’Europe. Le 12 juillet 2021, le creux a atteint l’ouest de la France et son déplacement vers l’est s’est ensuite nettement ralenti car isolé du courant-jet primaire situé plus au nord dans lequel il se trouvait auparavant. Cet isolement était probablement dû à une situation de blocage (anticyclone stationnaire) au-dessus de l’Europe du Nord-Est. Par conséquent, cette dépression en altitude a adopté un comportement quasi-stationnaire entre le 14 juillet 2021 02:00 heure locale et le 16 juillet 2021 14:00 heure locale. En basses couches, un faible complexe dépressionnaire s’est formé en-dessous de la façade est du creux d’altitude. Le 14 juillet 2021 vers 17:00 heure locale, un noyau dépressionnaire, centré sur le nord-ouest de l’Allemagne, a provoqué « un retour d’est » d’une masse d’air riche en vapeur d’eau, présente sur le nord-est de l’Allemagne (Fig. 2b).
Figure 2 : Prévision de la situation météorologique générale du 14 juillet 2021 à 17:00 heure locale par le modèle d’ECMWF initialisée le 14 juillet 2021 à 14:00 heure locale. a) Hauteur du géopotentiel (= l’énergie potentielle par unité de masse ; lignes noires) à 500 hPa et vitesse du vent (en m/s, 1 m/s = 3.6 km/h) à 300 hPa. Les lignes en magenta montrent les régions avec des valeurs élevées de tourbillon potentiel à 300 hPa. b) Pression réduite au niveau de la mer (lignes noires ; en hPa), vent à 700 hPa (flèches noires ; en nœuds, 1 nœud = 1.852 km/h) et contenu en eau précipitable (en mm). Source : ECMWF.

Quels processus atmosphériques ont provoqué la pluie continue et forte ?

Sur le flanc sud à sud-ouest de cette dépression, entre la Rhénanie-du-Nord-Westphalie (Allemagne) via le Luxembourg vers la Lorraine (France), des forçages très importants se sont développés en première moitié de journée du 14 juillet 2021. Ces forçages étaient provoqués par un processus nommé frontogenèse (resserrement du gradient horizontal de température et d’humidité par différents processus physiques), qui a généré des ascendances persistantes et assez fortes dans ce cas. Une coupe verticale à travers le système frontal révèle une surface frontale inclinée d’ouest en est le 14 juillet 2021 vers 20:00 heure près du Luxembourg avec un dipôle de mouvements verticaux bien défini (Fig. 3), signifiant un maintien assez important des précipitations sur le flanc ouest de la limite frontale. Le flux d’altitude étant orienté plus ou moins parallèlement face au système frontal, la perturbation pluvieuse a trainé sur la Grande Région pendant environ 18 heures, puis s’est évacuée vers la Belgique en seconde partie de nuit du 14 au 15 juillet 2021. En combinaison avec une humidité très élevée de la colonne atmosphérique (contenu en eau précipitable supérieur à 35 mm ; cf. Fig. 2b) et une isotherme de 0°C vers 3700 m d’altitude, la génération des précipitations stratiformes était très efficace due au processus de collision-coalescence des gouttes d’eau dans la partie chaude des nuages (> 0°C) qui était assez épaisse. Il est donc probable que le processus de la pluie chaude ait joué un rôle important dans la génération des précipitations extrêmes survenues au Grand-Duché. En outre, les images radar ont temporairement indiqué des bandes étroites de pluie plus intense (cf. Fig. 1) qui pourraient être attribuées à des circulations de méso-échelle intégrées dans la zone de précipitations. Des analyses plus approfondies devront être réalisées sur ce sujet en utilisant des données radar polarimétriques.
Figure 3 : Coupe verticale de la température potentielle équivalente (lignes vertes ; en Kelvin), de la frontogenèse horizontale (lignes roses ; en Kelvin/100 km/3 heures) et des mouvements verticaux hydrostatiques (surfaces colorées, en Pa/s) du 14 juillet 2021 à 20:00 heure locale basée sur l’analyse du modèle GFS. La ligne pointillée en bleu représente l’isotherme 0°C. Source : Tropicaltidbits.

Précipitations observées

L’estimation des cumuls de pluie par le système RADOLAN du Deutscher Wetterdienst (DWD) indiquent que les régions les plus touchées par les pluies torrentielles se sont étirées du sud et sud-ouest vers le centre-est du pays avec des cumuls maximaux avoisinant les 100 l/m² (Fig. 4a). Le nord-ouest du pays et la région de la Moselle ont été épargnés par les précipitations les plus intenses. A noter que les données du système RADOLAN sont incomplètes pour la Grande Région en raison d’une panne du radar météorologique situé à Neuheilenbach (Allemagne) qui est survenue vers 23:25 heure locale. En effet, des cumuls de pluie entre 60 et 100 l/m² ont été enregistrés au niveau des stations appartenant aux réseaux automatiques du service météorologique de l’Administration des Services Techniques et de l’Agriculture (ASTA) et de l’Administration de la Gestion de l’Eau (AGE) (Fig. 4b). La station météorologique située à Godbrange, opérée par le service météo de l’ASTA (AgriMeteo), a mesuré un cumul maximal de 105.8 l/m² au niveau national entre le 14 juillet 2021 06:00 heure locale et le 15 juillet 2021 06:00 heure locale (cf. Fig. 4b). Selon le service météo de l’ASTA, cette valeur constitue le cumul de 24h fiable le plus haut jamais enregistré dans le réseau de l’ASTA et de ces prédécesseurs depuis 1851. À l’Aéroport Luxembourg-Findel, MeteoLux a enregistré un cumul de 72.4 l/m² sur une période de 12 heures ce qui est un record absolu tous mois confondus depuis le début des enregistrements en 1947 à l’aéroport.
Figure 4 : a) Cumuls de précipitations (en mm ou l/m²) estimés par RADOLAN pour le 14 juillet 2021 entre 05:50 et 23:50 heure locale. Sources des données : Deutscher Wetterdienst (DWD). b) Cumuls de précipitations (en mm ou l/m²) sur une période de 24 heures mesurés par différentes stations météorologiques installées à travers du pays entre le 14 juillet 2021 06:00 heure locale et le 15 juillet 2021 06:00 heure locale. A noter que la totalité des stations météo disponibles dans les réseaux de l’ASTA et de l’AGE n’est pas affichée sur la carte. Source des données : AgriMeteo, MeteoLux.

Prévisibilité de l’évènement

A partir du dimanche 11 juillet 2021, les modèles numériques de prévision du temps ont indiqué la possibilité d’un événement de précipitations extrêmes sur le Benelux, le nord-est de la France et l’ouest de l’Allemagne pour la période du 13 au 15 juillet 2021. Cependant, les modèles avaient d’abord beaucoup de difficultés concernant le zonage et l’intensité des précipitations, notamment sur le Luxembourg qui était situé en aval des Ardennes et de l’Eifel par rapport au flux du secteur nord (potentiel d’une descendance orographique réduisant l’intensité des précipitations). Les simulations des différents modèles n’ont commencé à converger que durant la nuit du 13 au 14 juillet 2021. Selon les calculs de plusieurs modèles globaux et régionaux disponibles durant la matinée du 14 juillet 2021, la probabilité d’avoir des cumuls de pluie supérieurs à 50 l/m²au Luxembourg était toutefois modérée (Fig. 5a), voire très faible pour un seuil de 80 l/m² (Fig. 5b). En général, les modèles de prévision ont sous-estimé les cumuls de précipitations sur 24 heures au Grand-Duché pour cet évènement.
Figure 5 : Prévision probabiliste du cumul de précipitations sur 24 heures atteignant une valeur supérieure à 50 mm (a) et à 80 mm (b) entre le 14 juillet 2021 05:00 heure locale et le 15 juillet 2021 05:00 heure locale par le modèle ensembliste de l’ECMWF initialisé le 14 juillet 2021 à 02:00 heure. Source : ECMWF.

Source: http://meteolux.lu/fr/actualites/fr/actualites/retour-sur-les-pluies-diluviennes-du-14-et-15-juillet-2021/

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City: Luxembourg

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Peter Moers

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