L’objectif de cette thèse est d’obtenir une meilleure connaissance des ondes de gravité atmosphériques, de leurs sources et caractéristiques, et de leur propagation au moyen d’observations ballons et de simulations. Les ballons pressurisés (SPBs) utilisés dans cette thèse sont une des meilleures plateformes d’observations des ondes de gravité, et permettent d’obtenir l’ensemble de leurs caractéristiques. Les modèles à haute résolution donnent une description complète de l’écoulement, non seulement des ondes, mais aussi de leurs sources. Nous avons combiné mesures par SPBs et modélisation pour décrire les ondes de gravité et évaluer le réalisme des champs d’ondes de gravité dans des sorties de modèles. En s’appuyant sur les observations de PreConcordiasi (2010), les ondes de gravité convectives sont décrites aux Tropiques sur l’ensemble de la campagne, ainsi que sur un cas de cyclone tropical en développement. Dans un deuxième temps, les observations de la campagne Concordiasi (2010) nous permettent de quantifier le réalisme du champ d’onde de gravité résolu aux hautes latitudes (hémisphère sud) décrit dans les analyses de l’ECMWF. Un bon accord géographique et saisonnier est observé pour les flux de quantité de mouvement et l’intermittence. Cependant, il est montré que la magnitude des flux est sous-estimée dans les analyses de l’ECMWF. Enfin, une contribution aux campagnes opérationnelles ballons est apportée, en se focalisant sur les ballons stratosphériques ouverts qui sont le plus grand défi pour le CNES. Pour des cas d’étude lors de la campagne Strapolété (2009), nous montrons que l’incertitude sur la position de retombée des ballons peut être réduite dans une configuration simple en assimilant des observations par radiosondages. / The goal of this thesis is to obtain a better knowledge of the atmospheric gravity waves in the atmosphere, of their sources and characteristics, and their propagation using balloon observations and modeling. The superpressure balloons (SPBs) used in this thesis are one of the best platform to observe gravity waves, and allow us to retrieve the ensemble of their characteristics. High-resolution models provide a complete description of the flow, not only of the waves, but also of their sources. We have combined SPB measurements and modeling in order to describe the gravity waves and evaluate the gravity wave field in model outputs. Using the observations from PreConcordiasi (2010), the convective gravity waves are described in the Tropics during the whole campaign, and also for a case of developing Tropical Cyclone. Second, observations from the Concordiasi campaign (2010) allow us to quantify the realism of the resolved gravity wave field in the ECMWF analyses at high latitudes (Southern Hemisphere). A good geographical and seasonal agreement is found for the momentum fluxes and the intermittency. However, it is shown that the magnitude is underestimated in the ECMWF. Finally, we bring a contribution to the operational balloon campaigns, with a focus on the open stratospheric balloons, which constitute the greatest challenge for the CNES. For cases during the Strapolété campaign, we show that the uncertainty on the final touchdown position of the balloons can be reduced using a simple setup that assimilates radiosoundings.

Au départ, j’ai développé un code d’inversion en se basant sur l’exemple donné au laboratoire. Ensuite, j’ai eu l’opportunité de l’appliquer en participant à la campagne de mesure in situ StratoScience 2015 au Canada. Durant cette campagne, on a aussi réalisé quelques comparaisons de l’Amulse avec d’autres instruments de mesure de CH4 et CO2 (PicoSDLA, Picarro, AirCore). Ce fut une expérience très enrichissante ainsi qu’un premier test pour l’Amulse. A partir des résultats de ce premier vol, on constate qu’il y a encore des améliorations à apporter, que ce soit au niveau instrumental qu’au niveau d’inversion. Sur le plan instrumental, on fait quelques interventions au niveau de l’intelligence de l’instrument (acquisition et stockage) et son optique, d’une part, d’autre part le code d’inversion a besoin de certaines modifications qui englobent la ligne de base et la détermination de la raie spectrale. Pour ce fait, j’essaye d’appliquer plusieurs méthodes pour obtenir un bon fit et par conséquent une bonne concentration. Concernant les travaux en cours, j’essaye toujours d’améliorer mon code d’inversion pour avoir un meilleur profil vertical, qui va être utilisé par la suite dans ma publication sur la mesure du méthane. Dans le cadre de la rédaction de la publication, j’ai fait une première calibration au laboratoire du senseur laser Amulse CH4 en attendant la deuxième. En outre, je développe un autre code d’inversion pour le projet Strateole 2 qui va durer 2 mois. J’interviens aussi au niveau de l’inversion des données de la calibration du nouveau senseur laser bi gaz APOGEE (CH4 et CO2), qui est prévue pour le mois de juin à Toulouse. Dernièrement, j’ai participé au congrès EGU à Vienne et dans un avenir proche, je vais participer à la campagne de Kiruna avec PicoSDLA, Amulse et APOGEE. / In the first place, I developed a code based on the example given in the laboratory. I had the opportunity to apply my program by participating in the in situ measurement campaign called StratoScience 2015, located in Canada. During this campaign, we also made some comparisons of Amulse with other CH4 and CO2 measurement instruments such as PicoSDLA, Picarro and AirCore. As matter of fact, it was a very rewarding experience and a first test for Amulse. From the results of this first flight, we decide to add some improvements on both sides: the instrumental and the process data part. Instrumentally, some changes has been required note only on the intelligence of the instrument including acquisition and storage but also on the optical part. Besides, the process data needs also some changes which include baseline and the determination of the spectral line. In fact, I try to apply several methods to get a good fit and therefore a good concentration. To this end, my current work is mainly focusing on improving my program for better vertical profile, because it will be used later in my publication on the measurement of methane. In the same context, I made a first calibration in the laboratory of Amulse CH4 laser sensor and preparing a second one. In addition, I developed another code for Stratéole 2 project which will last two months. I’ll also do the process data of the new dual laser sensor APOGEE (CH4 and CO2), which is scheduled for June in Toulouse. At last, I recently participate in the EGU congress in Vienna and in the near future, I will participate in a new campaign of in situ measurement in Kiruna with both sensors: PicoSDLA, and APOGEE Amulse.