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Les précipitations neigeuses forment un couvert constitué de différentes couches. Pour simuler ce couvert de neige, le modèle hydrologique HYDROTEL utilise un modèle monocouche de type bilan énergétique/degré-jour. Afin de doter HYDROTEL d’un modèle multicouche pour être plus proche de la réalité physique, il est envisagé de le remplacer par le modèle de neige MASiN, fonctionnant au pas de temps horaire. Afin de limiter les temps de calcul, le nombre maximal de couches de neige de MASiN est réduit pour étudier ses performances de modélisation d’équivalent en eau journalier. Ainsi, ce modèle présente de meilleures performances que celui d’HYDROTEL dans sa configuration multicouche par défaut, et au pas de temps journalier. Mais la réduction du nombre de couches de neige modélisées dans MASiN diminue ses performances. Considérant que les besoins de MASiN en données météorologiques sont substantiels, il est privilégié de modifier le modèle monocouche d’HYDROTEL. Dans ce contexte, le modèle de neige d’HYDROTEL a été modifié en intégrant une structure multicouche qui considère l’estimation de certaines variables d’état sur la base des proportions de glace et d’air au sein du couvert nival, l’intégration de la pluie verglaçante et la modification de la gestion de la compression et de la pluie. Le modèle multicouche montre une meilleure capacité de prédiction, alors que certaines caractéristiques du couvert nival deviennent plus précises, incluant la date de fonte totale et l’équivalent en eau maximal. Le principal défaut du modèle multicouche est la simulation de couches excessivement denses, notamment en période de fonte. Ce défaut est compensé par une meilleure modélisation globale des hauteurs de neige, bien qu’elles demeurent sous-estimées. Face aux évènements météorologiques extrêmes de type redoux, le modèle multicouche s’avère plus réactif, permettant une reproduction de la fonte plus adéquate sur un court lapse de temps. Enfin, les calages sur les débits amélioren

Les gouttes contenues dans les pluies verglaçantes, provoquant le verglas, diffèrent de celles obtenues dans les nuages givrants; leur diamètre est environ 20 fois plus grand. On doit donc tenir compte de la gravité, ce qui n'avait jamais été fait auparavant. Un terme relié à la forme gravitationnelle est ajouté à la force d'inertie et de traînée dans les équations décrivant le mouvement de gouttelettes d'eau dans un courant d'air autour d'un cylindre. La technique des éléments finis est utilisée pour obtenir la solution des équations. A partir des équations différentielles non-linéaires, et en utilisant la méthode de Newton-Raphson pour la solution de ces équations, les résultats donnent les vitesses pour un champ de gouttelettes. La direction à la surface du cylindre de la vitesse de ces gouttelettes, donne le coefficient de captation locale, à partir duquel, le coefficient de captation totale est trouvé en intégrant numériquement. Les résultats du coefficient de captation total pour une vitesse d'eau adimensionnelle influencée par la gravité, semble donner les mêmes résultats que ceux obtenus par McComber et Touzot 1981, sans gravité. Les résultats montrent que, pour les conditions de pluies verglaçantes, le coefficient de captation total varie de 0,97 à 0,99. Les ouvrages montrant la grosseur des gouttes provoquant le verglas sont très rares. Par conséquent, les résultats du diamètre des gouttes originent de la région de Montréal et des environs. Quant à la vitesse du vent, elle est calculée en fonction de la température. Le maillage utilisé ne permet que le calcul du coefficient de captation en amont du cylindre seulement.

La précipitation verglaçante peut avoir des impacts néfastes sur la société, tels que causer des pannes de courant majeures, ainsi que produire de sérieux problèmes dans les réseaux de transport. Malgré les conséquences catastrophiques associées à ce type de précipitation, elle est encore peu étudiée dans un contexte de changement climatique. Pour représenter ce type de précipitation dans les modèles du climat, il est important de correctement simuler les écoulements atmosphériques près de la surface. Les simulations climatiques à haute résolution sont, donc, nécessaires pour représenter adéquatement la topographie, mais ces dernières exigent des ressources informatiques considérables, surtout lorsqu'on utilise des modèles de circulation générale. Or, les modèles régionaux du climat (MRC) sont des modèles à aire limitée qui permettent la simulation du climat à fine échelle à un moindre coût de calcul. Ces derniers utilisent les solutions des modèles de circulation générale à leurs frontières pour développer leurs propres solutions. Cependant, lorsqu'ils sont utilisés à très haute résolution, le nombre de calculs requis peut être hors de la portée des ressources informatiques disponibles. L'utilisation en cascade d'un modèle régional du climat pourrait être une alternative pratique pour garder le coût de calcul raisonnable. L'objectif principal de cette thèse est d'étudier et optimiser l'utilisation de la réduction d'échelle dynamique multiple comme une approche appropriée pour réaliser une étude du climat de la précipitation verglaçante à faible coût de calcul. Cette thèse est divisée en trois sections. La première partie étudie l'approche de la cascade pour réaliser des simulations climatiques à haute résolution. Dans cette étude, des résultats de simulations obtenues avec une approche de réduction d'échelle simple et double sont comparés selon le protocole expérimental "idéalisé" du grand frère. Une première simulation, nommée la simulation du grand frère, est réa

La zone de transition de précipitation des tempêtes hivernales se caractérise par une évolution spatio-temporelle de plusieurs types de précipitations, tels que la neige, la neige mouillée, le grésil, la pluie verglaçante et la pluie. Le givrage de la pluie verglaçante sur les infrastructures et les accumulations rapides de grésil et de neige mouillée peuvent, entre autres, provoquer des bris majeurs des lignes de distribution et de transport d'électricité et, ainsi, engendrer des coûts économiques majeurs. Il existe encore plusieurs défis en ce qui concerne l'étude et la simulation des types de précipitations dans la zone de transition lorsque les températures sont proches de 0°C. Ces défis sont notamment liés à la nécessité de connaître l'évolution des particules en phase mixte et au manque d'outils permettant de simuler explicitement les processus microphysiques de ces particules. L'objectif de la thèse est d'étudier les processus microphysiques et les types de précipitations simulés d'une tempête hivernale extrême dans le climat actuel comme dans le contexte du réchauffement climatique en utilisant la prévision de la fraction liquide. La fraction liquide est définie comme le rapport de la masse d'eau liquide sur la masse totale d'une particule en phase mixte. Pour atteindre l'objectif, des simulations à haute résolution d'une tempête hivernale extrême sont faites en combinaison avec le développement d'une nouvelle approche pour prévoir la fraction liquide des particules en phase mixte dans un schéma de microphysique. Le premier chapitre décrit et teste une nouvelle approche pour inclure la prévision de la Jraction liquide dans le schéma de microphysique « bulk » Predicted Particle Properties. Il est d'abord démontré que le processus de fonte partielle des flocons de neige proposé par cette nouvelle approche se compare bien à un modèle de référence basé sur la théorie et les observations. Ensuite, le schéma incluant la prévision de la fraction liquide est comparé