L'étude des variations de l'activité solaire et de ses effets sur les environnements climatiques reste une question ouverte, en dépit des nombreux efforts des chercheurs dans les différents domaines de la science. Par ailleurs, l'activité solaire est notamment un aspect important pour comprendre les relations Soleil-Terre et l'espace interplanétaire. Son étude nécessite différents types d'approches basées sur de nombreux modèles physiques. Le sujet de cette thèse est l'étude des influences possibles des perturbations planétaires sur l'activité solaire.Dans cette thèse, on a d'abord rappelé quelques connaissances générales sur les observations solaires, qui consistent à compter le nombre de taches solaires observées à la surface du Soleil. Les observations ont commencé au début du XVIIème siècle et se poursuivent actuellement. L'activité solaire est ainsi mesurée par le nombre de taches solaires. La physique solaire et les différentes approches pour expliquer les relations entre les planètes et le Soleil sont aussi brièvement évoquées.On a ensuite tenté d'étudier le comportement de l'activité solaire à court, moyen et long terme en utilisant l'analyse en fréquences pour déterminer les principales périodes solaires connues. L'analyse en fréquences permet ainsi de reconstruire une solution pour l'activité solaire, qui reproduit son évolution à long terme. On a vérifié la correspondance de cette solution avec les données d'activité solaire ainsi qu'avec les relevés géologiques de radioisotopes. Les minima et maxima de l'activité solaire reconstruite par l'analyse en fréquences sont aussi en bon accord avec les évènements géologiques connus. De nombreux travaux ont cherché à expliquer les influences directes ou partielles, extérieures (planètes,...) ou intérieures (dynamo,...) sur les variations de l'activité solaire. Dans ce travail, on a cherché à voir si une partie des variations observées de l'activité solaire pouvait être expliqué par la théorie des perturbations planétaires. Les possibles marées planétaires, qui influencent les variations du cycle solaire, sont également étudiées. On a ainsi mis au point un modèle dynamique plus réaliste pour décrire l'effet de marée exercé par les perturbations planétaires sur la déformation de la surface non sphérique du Soleil et qui peut moduler partiellement son activité. On s'intéresse uniquement aux effets dynamiques des planètes sur le Soleil et le modèle ne prend ainsi pas en compte leurs processus physiques internes. Le Soleil a été considéré comme un corps triaxial homogène et les planètes comme des points matériels.La variation des coefficients du potentiel induit par l'effet des marées solides a été calculée en utilisant les dernières éphémérides planétaires INPOP, qui sont transformées pour correspondre au repère de référence ici considéré. Le calcul des expressions semi-analytiques des coefficients de déformation du potentiel a été effectué. Ainsi, les estimations des effets des marées planétaires de chacune des planètes ainsi que l'effet total résultant ont été comparées aux observations de l'activité solaire et à l'évolution de l'activité solaire obtenue par l'analyse en fréquences. Enfin, la corrélation entre les déformations de la surface du Soleil et les variations de l'activité solaire est discutée. / The causes of solar variations and their impact on climatic environments have been andstill are the subject of large debate. The possible influence of planetary perturbations on thesolar cycles have also been recently the subject of multiples controverses. The goal of thepresent thesis is to provide some insight on this problem by a new computation of the planetaryperturbations on the Sun, at short, middle and and long time scales.At first, we describe our current understanding of the physical causes of the solar activityand their major observable manifestations, such as the sun spots records. We provide somehistorical background for the numerous records of solar activity proxies. We also review thedifferent approaches to explain the solar planetary relationships through an analysis of thepublished literature.The main purpose of the present work is to study the possible influence of the planetarygravitational perturbations on the solar cycles. In a first part, we analyse the short, middle andlong term solar activity behavior by using the quasiperiodic approximations provided by thefrequency map analysis method to determine the main periodicities of the solar cycles. Thisallows us to provide some reconstruction of the long timescale changes of solar activity variation.The reconstructed activity series are compared with the observed solar activity data and thelong term natural archives such as radioisotopes proxies. The reconstructed series still preservethe well recorded historical grand minima and maxima events and provide us some extendeddata for the study of the long timescale evolution of solar cycles.There has already been some attempts to explain the direct or partial influences of anexternal (e.g., the planets ) or an internal (e.g., its dynamo) effects on the solar changes. In thepresent work, we investigate the planetary tidal influence on solar cycle variations. We havedeveloped a realistic dynamical model for describing the tidal effect exerted by the perturbationof the planets of the Solar system on the deformation of the non-spherical Sun’s surface whichmay partially modulate its activity variations. The model is limited to the dynamical effects ofthe planets on the Sun and do not take account any physical interior process of the Sun. TheSun is considered as an homogeneous three axial non spherical body.The variations of the potential coefficients induced by the effects of body tides are com-puted, using the last INPOP planetary ephemerides and the long term solutions La2004. Thesemi-analytical expressions of the deformation coefficients of potential are derived. Thus, theestimations of the planetary tides effects of each planets and their combinations are comparedto the solar activity records and their reconstructed series. Hence, the correlations between thevariations of the deformation of Sun’s surface and its activity records are discussed.

Le but de ce travail était d'étudier la partie soluble (soit plus de 90% du total) des impuretés contenues dans les neige et glace antarctiques, afin de mieux comprendre la chimie atmosphérique actuelle et passée de la Terre. Grâce à 2 techniques nouvelles (la mesure de la teneur en H+, encore appelée acidité forte, et la chromatographie ionique) que nous avons adaptées à l'étude des traces, nous avons pu étudier de manière systématique cette partie soluble des impuretés. Après avoir résolu les problèmes de contamination, près de 10,000 mesures ont été réalisées sur des échantillons de Byrd (Antarctique de l'Ouest), du Pôle Sud, du Dôme C, Vostok et de Terre Adélie (Antarctique de l'Est), couvrant des échelles de temps allant de quelques années à quelques dizaines de milliers d'années. Nous avons pu montrer que la partie soluble des impuretés est bien représentée par les ions Na+, Mg2+, Ca2+, NH4+, K+, H+, CI-, NO3-, et SO42-. Pour la première fois le nécessaire équilibre (balance ionique) entre cations et anions a pu être vérifié pour la neige et la glace antarctiques. Cette balance ionique bien équilibrée nous a alors permis de montrer que, pour le climat actuel, la neige contenait essentiellement du sel de mer et 3 acides minéraux (H2SO4, HNO3 et HCl). Durant la dernière glaciation (il y a 18 000 ans), la neige contenait une plus grande variété de composés chimiques solubles: acides minéraux, sel de mer mais aussi des composés tels que CaSO4, la présence de ce dernier concordant avec l'augmentation des teneurs en aérosol désertique de cette neige ancienne. Les teneurs en impuretés de la neige ont été discuté en relation avec la chimie atmosphérique, le difficile problème posé par la relation air-neige étant abordé au cas par cas. Nos résultats suggèrent que H2SO4 présent dans la neige provient de la conversion du DMS émis par l'activité biogénique marine. Sur ce "bruit de fond" de H2SO4 se superposent des fluctuations importantes mais brèves liées à l'activité volcanique explosive. Nous avons pu repérer dans la neige les retombées de grandes éruptions (Agung en 1963, Krakatoa en 1883 et Tambora en 1815). En outre, nos mesures montrent l'importance d'une éruption survenue en 1822 (Galunggung ?), cette dernière n'était pas jusqu'ici répertoriée parmi les grandes éruptions dans les catalogues volcaniques. L'étude des impuretés d'origine marine montre que le rapport Cl/Na dans la neige, voisin de la valeur de l'eau (1,8) dans les régions côtières, devient très variable dans les régions centrales. Le bilan ionique équilibré a permis de démontrer que lorsque les rapports supérieurs à 1.8 sont liés à la présence d'HCl ce qui suggère une altération de l'aérosol marin au cours de son transport à travers le continent antarctique. Le cas de HNO3 apparait plus complexe encore, et nous n'avons pas toujours pu expliquer les variations observées. Cependant, nos résultats ne confirment pas l'hypothèse avancée antérieurement d'une modulation des teneurs en nitrate par l'activité solaire. L'étude de la neige déposée durant la dernière glaciation a permis d'imaginer ce qu'était l'environnement atmosphérique passé de la Terre. Tout d'abord l'augmentation des teneurs en sodium confirme l'hypothèse déjà émise d'une circulation atmosphérique plus vigoureuse à cette époque. Par ailleurs, l'augmentation des poussières insolubles d'origine terrigène suggère de nouveau un transport plus actif mais aussi une aridité plus marquée des continents à cette époque.

Les abondances atmosphériques du dioxyde de carbone et du méthane augmentent progressivement, modifiant probablement le climat global de l'atmosphère. Bien que ces effets soient très étudiés dans la troposphère, ils le sont peu dans l'atmosphère moyenne (20 - 120 km) où ils pourraient avoir un impact plus facilement détectable. Nous nous intéressons en particulier à la mésosphère/basse thermosphère (MLT), où apparaissent de plus en plus souvent des nuages mésosphériques polaires (PMC). La MLT est sensible au niveau d'activité solaire, qui varie selon un cycle de onze ans.<p>Nous évaluons les impacts de ces deux changements anthropiques et de ce cycle naturel sur la température et la chimie de la MLT. Pour ce faire, nous participons au développement d'un modèle bidimensionnel de l'atmosphère :SOCRATES. Ce modèle calcule interactivement les moyennes zonales des vents, de la température et de la composition chimique de l'atmosphère en fonction de la latitude (85°S-85°N) et de l'altitude (0-120 km). Avant de nous intéresser au changement global, nous avons dû améliorer SOCRATES pour qu'il reproduise au mieux la situation chimique, dynamique et thermique actuellement observée.<p>Nous avons ainsi modifié la résolution du système chimique; développé une nouvelle paramétrisation de l'absorption par O2 du rayonnement solaire ultraviolet à Lyman-&61537; (121.6 nm) [Chabrillat et Kockarts, 1997] ;créé une approximation des sources thermosphériques de NO; paramétrisé le forçage dynamique par déferlement des ondes de gravité pour reproduire de manière très réaliste les observations actuelles de température dans la MLT ;et développé un algorithme pour prendre en compte non seulement la diffusion turbulente mais aussi la diffusion moléculaire. Tous ces développements sont décrits en détail, et leurs effets sur la physico-chimie de la. MLT sont analysés. Les concentrations chimiques calculées par le modèle sont comparées avec succès à des observations - en particulier de l'ozone et du radical hydroxyle.<p>Nous étudions ensuite en détail l'impact du cycle solaire de onze ans sur la MLT. Une analyse complète du budget thermique nous permet d'établir, par exemple, que la raie Lyman-&61537; est responsable de la moitié du réchauffement entre SOLMIN et SOLMAX. Nous évaluons alors la sensibilité de la MLT à un doublement (théorique) de l'abondance de C02. Nous trouvons qu'aux hautes latitudes et en été, zone d'apparition des PMC, cet effet est très faible. Puis nous réalisons une simulation où le méthane est ramené à son niveau préindustriel. L'accroissement de CH4 depuis cette époque est responsable, non seulement de l'augmentation de la vapeur d'eau dans l'atmosphère moyenne, mais aussi d'un léger refroidissement dans la MLT. Cet effet est maximal dans les régions polaires et en été, là où les deux autres sont minimaux.<p>Nous concluons par une grande simulation intégrée de l'évolution du climat et de la chimie de l'atmosphère moyenne au cours du XXIe siècle. Nous trouvons qu'au niveau d'apparition des PMC, la tendance au refroidissement est plus faible que partout ailleurs. Par contre, la vapeur d'eau augmente plus rapidement en été qu'en hiver. Ces calculs fournissent des indices pour réconcilier les observations plus fréquentes des PMC avec une synthèse des températures mesurées dans l'été arctique, selon laquelle les températures n'auraient pas varié depuis quarante ans.<p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les phénomènes éruptifs du Soleil sont souvent accompagnés par l'accélération de particules chargées qui peuvent avoir des impacts significatifs sur la Terre. Toutefois, le mécanisme responsable de ces phénomènes n'est pas suffisamment bien compris pour qu’on puisse en prédire l'occurence. Les satellites et les observatoires terrestres sondent la photosphère, la chromosphère et la couronne du Soleil et sont essentiels pour l'étude de l'activité solaire. Les simulations numériques tentent de faire le pont entre la physique décrivant l'intérieur de l'étoile et de telles observations. La prochaine étape pour des simulations réalistes serait la prévision à court terme des structures à la surface du Soleil. Les travaux présentés dans cette thèse explorent comment des notions empruntées de la météorologie (e.g., l'assimilation des données) et de l'intelligence artificielle (e.g., les réseaux de neurones) pourraient être utilisées pour la prédiction à court terme de l'activité solaire dans le contexte de la météorologie spatiale. En particulier, nous présentons notre implémentation de l'assimilation des données dans un modèle magnétohydrodynamique (MHD) radiatif du Soleil calme (i.e., en l'absence d'activité magnétique) afin de prédire l'évolution de la granulation solaire durant une courte période de temps. Toutefois, ce ne sont pas toutes les variables du modèle qui peuvent être observées ou mesurées à l'aide d'instruments. Par exemple, les mesures directes des mouvements du plasma à la surface du Soleil sont limitées à la composante le long de la ligne de visée. Plusieurs algorithmes ont donc été développés afin de reconstruire la composante transverse à partir de mesures de l'intensité de la lumière ou du champ magnétique. Nous comparons les champs de vitesse inférés par différentes méthodes, dont un réseau de neurones, afin d'identifier la méthode la mieux adaptée pour générer des observations synthétiques dans une chaîne de réduction des données qui pourraient ensuite être introduites dans notre système pour l'assimilation des données. / Eruptive events of the Sun, which often occur in the context of flares, convert large amounts of magnetic energy into emission and particle acceleration that can have significant impacts on Earth's environment. However, the mechanism responsible for such phenomena is not sufficiently well understood to be able to predict their occurrence. Satellites and ground-based observatories probe the Sun's photosphere, chromosphere and corona and are key in studying solar activity. Numerical models have attempted to bridge the gap between the physics of the solar interior and such observations. The next step for realistic simulations would be to forecast the short term evolution of the Sun's photosphere. The following work explores how notions borrowed from meteorology (e.g., data assimilation) and artificial intelligence (e.g., neural networks) could be used to forecast short term solar activity for space-weather modelling purposes. More specifically, we present an implementation of data assimilation in a radiative MHD model of the Quiet Sun (i.e., in the absence of significant magnetic activity) to forecast its evolution over a short period of time. However, not all model variables are directly observable. For example, direct measurements of plasma motions at the photosphere are limited to the line-of-sight component. Multiple algorithms were consequently developed to reconstruct the transverse component from observed continuum images or magnetograms. We compare velocity fields inferred by different methods, including a neural network, to identify the method best suited to generate instantaneous synthetic observations in a data reduction pipeline that would included in our data assimilation framework.