Le but de la thèse est de comprendre l'influence dynamique des effets diabatiques, comme la convection humide, sur les instabilités des vortex atmosphériques terrestres et planétaires. Un modèle verticalement intégré, avec les paramétrisations type relaxation des transitions de phase et de dégagement de la chaleur latente, le modèle de St-Venant avec la convection humide, a été utilisé. La version précédente du modèle a été améliorée pour inclure l'eau précipitable, sa vaporisation et son entrainement. L'approche consiste en 1) analyse détaillée de stabilité des profils idéalisés, ou extraits des données, des vortex, 2) étude de saturation non-linéaire des instabilités à l'aide de schéma numérique de haute résolution aux volumes finis. Les résultats principaux de la thèse sont : 1. Démonstration et quantification d'une forte influence des effets humides sur les instabilités des vortex synoptiques, y compris asymétrie cyclone-anticyclone des vortex de faible intensité aux latitudes moyennes, et de l'intensification des vortex type cyclones tropicaux, avec formation des nuages caractéristiques. 2. Explication de l'origine dynamique de l'hexagone au pôle Nord de Saturne, et de l'absence de structure similaire au pôle Sud, en termes d'instabilité du système vortex polaire - jet circumpolaire, et sa saturation non-linéaire. 3. Explication de la structure observée du vortex polaire hivernal sur Mars en termes d'instabilité et sa saturation en présence de réchauffement /refroidissement radiatif et de déposition de CO2 (transition de phase gaz - solide). Une nouvelle paramétrisation simple a été proposée pour ce processus, incluant l'influence des noyaux de déposition. / The thesis is devoted to understanding dynamical influence of diabatic effects, like moist convection, on instabilities of vortices in Earth and planetary atmospheres. A vertically integrated atmospheric model with relaxational parameterisation of phase transitions and related heat release, and with convective fluxes included in mass and momentum equations, the moist-convective rotating shallow water model, was used for this purpose. The previous version of the model was improved to include precipitable water and its vaporisation and entrainment. The approach consists in 1)detailed stability analysis of idealised, or extracted from the data, vortex profiles, 2)study of nonlinear saturation of the instabilities with the help of finite-volume high-resolution numerical code. The main results of the thesis are: 1. Demonstration and quantification of strong influence of moist effects upon instabilities of synoptic vortices, including cyclone-anticyclone asymmetry of mid-latitude vortices of weak intensity, and intensification of tropical-cyclone like vortices with formation of typical cloud patterns. 2. Explanation of the dynamical origin of the Saturn's North Polar hexagon, and of the lack of similar structure at the South Pole, in terms of instability of the coupled polar vortex and circumpolar jet, and their nonlinear saturation.3. Explanation of the observed structure of Mars' winter polar vortex in terms of instability of the latter, and its saturation in the presence of radiative heating/cooling and CO2 deposition (gas-solid phase transition). A new simple parameterisation of the latter process, including the influence of deposition nuclei, was developed in the thesis.

Cette étude s'inscrit dans le cadre de la documentation de la variabilité intrasaisonnière atmosphérique et l'analyse de la prévisibilité sur les régions Afrique Centrale et Golfe de Guinée. Elle porte sur les saisons de l'année pour lesquelles la ZCIT est au dessus de l'équateur. Des travaux menés distinctement sur les mois de Mars à Juin et de Septembre à Novembre, il ressort que les activités convective et pluvieuse au cours de ces saisons sont régies par trois modes principaux de variabilité assez proches. Au cours de ces deux saisons, les systèmes individuels générateurs de pluie se déplacent d'est en ouest, et leur activité est régulée par des enveloppes convectives se déplaçant vers l'est. Des analyses spécifiques ont mis en lumière la forte empreinte de signaux équatoriaux de type onde de Kelvin se propageant vers l'est et dont les phases régulent l'organisation des systèmes convectifs. L'impact relatif d'ondes équatoriales se propageant vers l'ouest (Rossby en particulier) et celui d'advections de masses d'air méditerranéennes n'est pas à négliger, d'autant plus qu'elles sont susceptibles d'interagir avec les ondes de Kelvin, et donc de moduler les phases de l'activité convective. Les forçages externes ainsi identités constituent des sources potentielles de prévisibilité pour les modes intrasaisonniers mis en évidence. Utilisant les données de la base multi-modèle TIGGE, l'analyse de la prévisibilité de chacun des modes principaux de variabilité est réalisée. Se focalisant sur les phases spécifiques de ces modes, les scores obtenus augurent une prévisibilité au delà de 10 jours surtout pour des prévisions initialisées lorsque les principales sources sont actives. / In this study we document the intraseasonal variability of the tropical convection and its predictability during the rainy season over the Central Africa and the Gulf of Guinea. Here, our study mainly focuses on seasons of the year for which the ITCZ is north of the equator. Based separate studies carried out on March to June and September to November seasons, we are able to identify three main modes of variability that modulate tropical convection and rainfall in West and Central Africa. During these two seasons, while individual rain-producing systems move westward, their activity is highly modulated by eastward propagating subregional and regional scale systems. Results of detailed analysis indicate the coupling between tropical convection and equatorial Kelvin wave in the region. The phases of these eastward propagating signals play an important role by regulating the organization of convective systems. Moreover, the role played by westward propagating signals (Rossby wave in particular) and Mediterranean air intrusion needs to be taken into account. These systems by interacting with Kelvin wave, may modulate the phases of convective activity in the region. Therefore, external forcing associated with these systems can be useful to the predictability of the intraseasonal modes the region. A multi model diagnostic study is performed using data available from the TIGGE project in order to evaluate the predictability of each of the main modes of variability. For a typical phase of these modes, there seems to be a statistically significant skill associated with predictability of beyond 10 days, especially for predictions initiated from active main sources.

Le but de cette thèse est de documenter la variabilité des teneurs en aérosols minéraux en Afrique de l’Ouest et de comprendre les mécanismes qui la contrôlent. L’analyse des concentrations mesurées au sol au Sahel montre que ce sont les transports d’aérosols sahariens qui sont responsables des maxima de concentration observés en saison sèche Marticorena et al. (2010). Ces évènements présentent une très forte variabilité à l’échelle intra-saisonnière et interannuelle mais une certaine persistance à l’échelle régionale. Quelles sont les conditions météorologiques qui expliquent cette variabilité ? La réponse à cette question ne peut être obtenue qu’au travers d’une analyse systématique et conjointe des conditions météorologiques régionales et des mesures d’aérosol désertiques sur le continent (concentration de surface, épaisseurs optiques en aérosols) et au large de l’Afrique de l’Ouest. Les mesures d’épaisseur optique en aérosols (AOT) permettent la surveillance globale du contenu atmosphérique en particules. Cependant la relation permettant de retrouver les concentrations massiques en (PM10) à partir des mesures d’épaisseur optique n’est pas toujours simple. Ainsi dans un premier temps l’analyse de la variabilité de la concentration en PM10 et des conditions météorologiques locales mesurées au sol, a permis de confirmer un cycle saisonnier régional présenté par Marticorena et al. (2010), caractérisé par un maximum de concentration en saison sèche et un minimum pendant la saison des pluies sur l’ensemble de trois stations. L’analyse du cycle diurne des concentrations a permis de voir qu’il est diffèrent selon les saisons. En saison sèche, le jet de basses couches (NLLJ en anglais) saharien semble moduler le cycle diurne des concentrations en particules mesurées au Sahel, tandis que l’évolution diurne des concentrations de poussière en saison des pluies apparaît être modulé par l’évolution des systèmes convectifs a l’échelle régionale.Dans un deuxième temps, une méthodologie basée sur une classification en types de temps a été proposée. Elle permet de mettre en évidence des situations météorologiques typiques pour lesquelles la relation AOT-PM10 est simplifiée, puis une modélisation de PM10 à partir de l’épaisseur optique. Pour cela deux approches ont été adoptées. D’abord une famille composée de six régimes de temps bruts a été définie décrivant la saisonnalité climatique. La mise en relation AOT-PM10 permet de voir que les régimes de temps caractéristiques du flux d’harmattan présentent une relation meilleure en terme de corrélation par rapport à la relation avant la séparation en type de temps. Ensuite six régimes de temps ayant un impact sur la variabilité interannuelle des aérosols ont été définis. Les régimes de temps obtenus sont caractérisés par une forte variabilité interannuelle et moins persistante que pour les régimes de temps bruts. Les régimes de temps sont caractérisés par des anomalies de circulation atmosphérique, soit cyclonique, soit anticyclonique, d’échelle synoptique et centrée sur le nord du domaine. L’intégration de l’ensemble de cette approche en régimes de temps permet d’obtenir des résultats satisfaisants dans la prévision des valeurs de PM10, ouvrant des perspectives en terme de système d’alerte précoce. / The aim of this thesis is to document the variability of the atmospheric dust content in West Africa and to understand the mechanisms that control it. The analysis of the concentrations measured ground in the Sahel shows that it is the transport of Saharan aerosols that are responsible for the maximum concentration observed in the dry season. These events have a very high variability at intra-seasonal and interannual scale with some persistence on a regional scale. What are the weather conditions that explain this variability? The answer to this question can be obtained only through a systematic analysis of regional weather and desert aerosol measurements on the continent (surface concentration, aerosol optical thickness) and of the West Africa. The aerosol optical thickness measurements (AOT) allow global monitoring of atmospheric particulate content. However the relationship allowing to find the concentrations (PM10) from the optical thickness measurement is not always simple. So at first the analysis of the variability of the PM10 concentration and local meteorological conditions measured on the ground, confirmed a regional seasonal cycle presented by Marticorena et al. (2010), characterized by a maximum concentration during the dry season and a minimum during the rainy season on all three stations. The analysis of the diurnal cycle concentrations allowed seeing that it differ depending on the season. In the dry season, the Saharian low level jet (NLLJ) appears to modulate the diurnal cycle of particulate concentrations in the Sahel, while the diurnal evolution of concentrations of the rainy season appears to be modulated by changes in convective systems has regionally. Secondly, a methodology based on a classification into weather types was proposed. It allows to highlight typical meteorological situations in which the AOT- PM10 relationship is simplified and modeling PM10 from the Aerosol Optical Thickness. For this, two approaches have been adopted. At first a family of six weather types has been defined describing the climate seasonality. The link between AOT and PM10 can allowed to see that the weather types characterise to harmattan flow have a better relationship in terms of correlation to the relationship before separating in weather type. Then six weather types affecting the interannual variability of aerosols were defined. The resulting weather patterns are characterized by high interannual variability and less persistent than for rough weather regimes. The weather patterns are characterized by atmospheric circulation anomalies, either cyclonic or anticyclonic at synoptic scale and centered on the northern area. The integration of all of this approach in weather types provides satisfactory results in forecasting PM10 values, opening perspectives in terms of early warning system.