Dans un contexte de changement climatique, les nuages sont l’un des principaux facteurs d’incertitudes, en particulier, les nuages de glaces (cirrus) qui ont un impact important sur l’effet de serre. Afin d’estimer les propriétés optiques des nuages à partir de mesures satellitaires, les algorithmes d’inversion supposent que le pixel d’observation est homogène et indépendant des autres. Ces approximations peuvent alors entraîner des erreurs sur la restitution des paramètres nuageux.Durant cette thèse, nous avons étudié l’impact des hétérogénéités des cirrus sur les températures de brillances simulées au sommet de l’atmosphère et sur les paramètres nuageux restitués dans l’infrarouge thermique. Pour cela, nous avons adapté le générateur de nuages tridimensionnels 3DCloud aux cirrus. Ce générateur de nuage a ensuite été couplé au code 3DMCPOL, étendu à l’infrarouge thermique et qui permet de simuler le transfert radiatif dans une atmosphère tridimensionnelle. Nous avons montré que l’effet des hétérogénéités est au premier ordre fonction de l’écart type de l’épaisseur optique dans le pixel d’observation et de l’altitude du cirrus. Cet effet devient supérieur à 1 K à partir d’une épaisseur optique visible de 0.3. L’effet des hétérogénéités sur la restitution des propriétés optiques peut atteindre plus de 50% sur le diamètre effectif des cristaux et plus de 20% sur l’épaisseur optique. Cet effet est largement supérieur aux autres erreurs possibles lors de l’inversion et serait à considérer afin d’améliorer la restitution des paramètres nuageux. / In a global climate change context, clouds are one of the major uncertainties. In particular, ice clouds (cirrus) have an important impact on the greenhouse effect. In order to estimate clouds properties from spatial radiometric measurements, operational algorithms assume that the observation pixel is homogeneous and independent. These approximations may lead to errors on the retrieved cloud properties. In this thesis, we studied the impact of cirrus cloud heterogeneities on brightness temperatures simulated at the top of atmosphere and on the retrieved parameters from spatial infrared radiometry. We extended the cloud generator 3DCloud in order to generate cirrus and we coupled it with the radiative transfer code 3DMCPOL extended to the thermal infrared in order to simulate top of atmosphere brightness temperatures. We showed that the heterogeneities effect is mainly function of the optical thickness standard deviation inside the observation pixel and of the cirrus altitude. This effect becomes upper than 1 K from a visible optical thickness of 0.3. Heterogeneities effect on the retrieved optical properties can reach more than 50% on the ice crystal effective diameter and more than 20% on the optical thickness. This effect is much more important that to the others possible errors and it would have to be considered in order to improve the cloud properties retrieval.

Actuellement, l'information pédologique disponible dans la Baie Missisquoi (Québec, Canada) ne permet pas de soutenir une gestion localisée des sols. L'objectif de ce travail visait à évaluer les relations quantitatives qui existent entre la réflectance et les propriétés des sols dans le but de produire une cartographie supportant le diagnostic et l'intervention en terres agricoles dans le cadre des activités de gestion et d'amendements des sols. Pour ce faire, les relations existantes entre les propriétés des sols et le signal radiométrique ont été étudiées sous trois échelles d'observation, c?est-à-dire au laboratoire, au champ et à l'échelle du bassin versant. Au laboratoire, des mesures radiométriques ont été prises sur 119 cylindres de sol non perturbé au cours d'un processus de séchage, avec un spectroradiomètre de haute résolution. Ces mesures ont été mises en relation avec des données analytiques dans le but, 1) d'étudier l'influence de l'humidité et des propriétés permanentes du sol sur la réflectance, et 2) de dériver trois nouveaux indices spectraux capables de quantifier l'influence de l'humidité (IBN), la couleur (ICOm), le taux de matière organique (IMO) et la texture des sols (ICO). Au champ, des mesures radiométriques ont été acquises à deux périodes différentes, sur 47 des 119 sites de prélèvement, pour évaluer la précision des indices spectraux développés en conditions in situ. À l'échelle du bassin versant, les indices spectraux ont été appliqués sur des images satellitaires et mis en relation avec 265 profils morphologiques par l'entremise d'une analyse discriminante. Les fonctions discriminantes ont ensuite été inversées pour produire un modèle de prédiction permettant de cartographier les groupes de textures (horizons A et B) et les conditions de drainage pour le bassin versant à l'étude. Les résultats des travaux en laboratoire ont démontré que la normalisation des mesures radiométriques prises dans l'infrarouge lointain en conditions humides avec une mesure prise en conditions sèches (IBN7) présente une relation linéaire significative avec l'humidité volumétrique du sol (R[indice supérieur 2]: 0,80). Les résultats ont également démontré que la bande verte peut être utilisée pour évaluer la quantité de matière organique (R[indice supérieur 2]: 0,89) présente dans un sol (IMO) et que son intégration l'IBN7 permet d'éliminer le biais résiduel du sol associé aux faibles valeurs d'IBN7. D'autre part, les relations établies en laboratoire ont été validées sur le terrain à la fois pour l'humidité (R[indice supérieur 2]: 0,81) et pour la matière organique (R[indice supérieur 2]: 0,81). Finalement, les modèles de prédiction développés avec l'analyse discriminante ont permis de démontrer la pertinence des indices spectraux développés pour la cartographie numérique des groupes de texture de l'horizon A, de l'horizon B et des conditions de drainage. Les succès de classification obtenus avec l'analyse discriminante sont respectivement de 55, 46 et 74 %. Ces résultats permettent de confirmer l'intérêt que présentent les données de réflectance multitemporelles mesurées sur des sols nus pour la caractérisation des propriétés morphologiques des sols à l'échelle du parcellaire agricole. Cependant, des travaux supplémentaires devront être réalisés dans d'autres régions pédologiques afin de confirmer la robustesse de cette méthode de cartographie qui permettra de fournir aux agriculteurs un outil de gestion privilégié.

La cuticule, une matrice lipidique extracellulaire constituée de cires et d’un squelette de cutine, est la barrière de défense la plus externe des plantes face à leur environnement. Elle intervient dans de nombreuses propriétés agronomiques comme la conservation post récolte, les propriétés mécaniques ou bien l’aspect du fruit, dont la brillance. Afin d’isoler des mutants de cuticule, le criblage d’une collection de mutants EMS de tomate a été entrepris, en se basant sur la brillance des fruits, conduisant à la sélection de 24 mutants. Chez ceux-ci, des analyses biochimiques ont montré de fortes variations de charge et de composition de la cuticule, notamment chez les mutants de cutine. La caractérisation de 4 mutants remarquables a été entreprise afin d’identifier les mutations responsables des phénotypes de brillance. Le mutant le plus affecté, présentant une charge en cutine réduite de 85% par rapport au type sauvage, a révélé une mutation du gène SlGDSL2 codant pour une acylhydrolase à motif GDSL, responsable de la polymérisation de la cutine. Afin d’étudier la formation et la régulation de la cutine, la suite du travail a consisté à obtenir et à caractériser des simples et des doubles mutants affectés dans la synthèse des monomères de cutine, le transport apoplastique et la polymérisation de la cutine. / The cuticle, an extracellular lipid matrix consisting of waxes and of a cutin skeleton is the outermost plants protection barrier against their environment. The cuticle is involved in many agronomic traits such as post-harvest storage, biomechanical or fruit appearance properties like surface brightness. In order to isolate cuticle mutants, the screening of an EMS tomato mutants collection has been undertaken, based on fruit brightness, leading to the selection of 24 mutants. Biochemical analyzes have shown wide variations in cuticle loads and compositions, especially in cutin mutants. The characterization of 4 remarkable mutants was undertaken to identify the mutations responsible for brightness phenotypes. The most affected mutant shows a cutin load reduced by 85% compared to the wild type, and is due to a mutation in the SlGDSL2 gene, encoding a GDSL-motive acylhydrolase enzyme, responsible for the cutin polymerization. In order to further study the cutin formation and regulation, the next work was to obtain and characterize single and double mutants affected in cutin monomer synthesis, apoplastic transport and cutin polymerization.

Lors de l'élaboration des aciers plats inoxydables, un recuit haute température de courte durée (60 s environ), sous atmosphère oxydante (O2/H2O/CO2/N2) est mis en place après laminage à froid. Ce recuit entraîne la formation d'une couche d'oxyde de faible épaisseur qui est éliminée par un décapage. Ces étapes de recuit et décapage peuvent entraîner une perte de qualité du produit fini, se traduisant par une perte de brillance. L'acier bistabilisé Ti, Nb (AISI 441) est sensible à la dégradation de surface. L'objectif de la thèse est d'identifier les phénomènes à l'origine de la perte de brillance. Les travaux menés consistent à étudier les couches d'oxyde et le comportement de l'acier lors du décapage. Une morphologie originale de l'interface interne avec la présence de protrusions métalliques a été observée. L'étude des protrusions par la microscopie électronique à balayage couplée à une sonde ionique focalisée : MEB-FEG/FIB, a permis de proposer un mécanisme décrivant leur formation. Ce mécanisme s'appuie sur la précipitation de la silice qui semble également être un élément clé pour comprendre la dégradation de surface. Un lien entre perte de brillance et teneur en chrome dans le substrat a été établi. La déchromisation de l'acier liée au recuit est susceptible d'être facilitée par les protrusions.

Lors de l’élaboration des aciers plats inoxydables, un recuit haute température de courte durée (60 s environ), sous atmosphère oxydante (O2/H2O/CO2/N2) est mis en place après laminage à froid. Ce recuit entraîne la formation d’une couche d’oxyde de faible épaisseur qui est éliminée par un décapage. Ces étapes de recuit et décapage peuvent entraîner une perte de qualité du produit fini, se traduisant par une perte de brillance. L’acier bistabilisé Ti, Nb (AISI 441) est sensible à la dégradation de surface. L’objectif de la thèse est d’identifier les phénomènes à l’origine de la perte de brillance. Les travaux menés consistent à étudier les couches d’oxyde et le comportement de l’acier lors du décapage. Une morphologie originale de l’interface interne avec la présence de protrusions métalliques a été observée. L’étude des protrusions par la microscopie électronique à balayage couplée à une sonde ionique focalisée : MEB-FEG/FIB, a permis de proposer un mécanisme décrivant leur formation. Ce mécanisme s’appuie sur la précipitation de la silice qui semble également être un élément clé pour comprendre la dégradation de surface. Un lien entre perte de brillance et teneur en chrome dans le substrat a été établi. La déchromisation de l’acier liée au recuit est susceptible d’être facilitée par les protrusions. / During the industrial processing line of stainless steel flat products, a short annealing (60 s) at high temperature in a gas furnace-oxidizing atmosphere (O2/H2O/CO2/N2) takes place after cold rolling. This annealing leads to the formation of a thin oxide film which is then removed by a pickling step at the end of the process. The annealing and pickling stages may cause a loss of gloss, resulting in a loss of product quality. The steel bistabilizied Ti, Nb (AISI 441) is sensitive to this surface degradation. The aim of this thesis is to identify the phenomena leading to the loss of gloss. Our work consists in studying the oxide layers and the behavior of steel during pickling. A peculiar morphology of the internal interface with the presence of metallic protrusions was observed. The protrusions investigation using a scanning electron microscopy coupled with a focused ion beam: MEB-FEG/FIB, allowed us to propose a mechanism of their formation. This mechanism is based on the precipitation of silica which also appears to be a key point to understand the surface degradation. A link between the loss of gloss and the chromium content in the substrate was established and the chromium depletion related to the annealing is likely to be facilitated by protrusions.

Cette thèse étudie l'évaporation et l'humidité du sol, deux paramètres clefs du cycle hydrologique et du système climatique.L'évaporation potentielle (ETP) est un paramètre clef pour les modèles hydrologiques et agronomiques qui décrit les interactions entre la surface et l'atmosphère. Il constitue la base des estimations de l'évaporation réelle. Nous avons évalué, à l'échelle globale et pour le climat actuel ainsi que pour les changements attendus, des estimations de l'ETP basées sur des principes physiques ainsi que des approches empiriques. La méthode d'estimation du flux potentiel conseillée par la Food and Agriculture Organization (FAO) montre une sous évaluation par rapport au schéma de surface, ce qui a pu être relié à certaines hypothèses faites. Ceci implique aussi une sensibilité plus faible au changement climatique de la formulation proposée par la FAO. Nous avons aussi constaté que les méthodes empiriques ne représentent pas correctement l'impact du changement climatique sur l'ETP.L'humidité du sol est analysée du point de vue de la température de brillance en Bande-L (TB). Cette mesure du rayonnement émis par la surface dans une bande spectrale sensible à l'eau dans les premiers centimètres du sol, constitue une des pistes pour l'estimation de l'humidité de surface depuis l'espace. Des mesures de TB ont été comparées, au dessus de la Péninsule Ibérique, à des données simulées par deux schémas de surface. Un bon accord a été trouvé entre les observations et les simulations sur l'évolution temporelle des signaux. Par contre, les structures spatiales peuvent être très différentes au cours de l'automne et l'hiver à cause de cycles annuels très contrastés. / This thesis deals with the study of evaporation and soil moisture, t wo main parameters of the hydrological cycle, and thus the climate system. First, potential evaporation (ET P ) is analysed. It is an important input to hydrological and agronomic models, key to describe the interactions between the surface e and the atmosphere, and the basis of most of the estimations of actual evapora tion. Physically-based and empirical methods to estimate ET P are evaluated, at a global scale, under current climate conditions and in a changing climate. The former methods correspond to those implemented in land surface models (LSM) and the Food and Agriculture Organization (F AO) reference evapotranspiration equation. The assumptions made in FAO's method underest imate ET P if compared to LSM methods. They also result in a lower sensitive ty of ET P to climate change. In addition, empirical equations are not able to reproduce the impact of climate change on ET P if compared to that from LSM methods. Soil moisture is the second aim of this thesis. It is treated t hrough the analysis of brightness temperatures (TB). These are a measure of the radiation emitted by the surface , and thus an optimum parameter to use in remote sensing techniques for soi l moisture retrieval. Measured TB from the Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) mission are compared, over the Iberian Peninsula, to two sets of TB modelled estimates from two LSM. There is a good agreement in the temporal evolution between them. However, discrepancy es are found regarding the spatial structures, which become more evident during fall and winter and are mainly explained by differences in the annual cycle of measured and modelled TB.

SIMS est une technique d'analyse sensible de la surface. La probabilité d'ionisation dépend de l'état chimique de la surface. La génération des ions positifs est améliorée par le bombardement de la surface avec des éléments électronégatifs.Sur le NanoSIMS 50 de CAMECA, dont la configuration optique nécessite une polarité opposée entre ions primaires et secondaires, l'analyse des ions positifs se fait sous bombardement d'ions O-, générés dans un duoplasmatron. La faible brillance de la source en mode O- a comme conséquence une faible résolution latérale des analyses. Pour y remédier, nous avons étudié la possibilité de générer d’autres faisceaux d’ions primaires négatifs. Dans cet objectif, nous avons étudié la génération par duoplasmatron d'ions F-, Cl-, Br- et I- en fonction du champ magnétique, du courant d'arc et de la pression totale des gaz. Le courant d'ions et le diamètre du faisceau ont été mesurés afin de déterminer la brillance de la source en mode F-, Cl-, Br- et I-. Une brillance 5 fois plus élevée en mode F- qu'en mode O- a été déterminée.En utilisant les faisceaux F-, Cl-, Br- et I-, le rendement de pulvérisation, la concentration d'ions primaires implantés et le rendement utile ont été mesurés pour des semi-conducteurs et des métaux. Suite à une faible concentration en halogène à la surface des semi-conducteurs, résultant des processus de décapage, le rendement utile sous bombardement halogène était plus faible que sous bombardement O-. Pour les métaux (p.ex. Ni, Cu et Ag) par contre, une amélioration du rendement utile sous bombardement halogène jusqu'à deux ordres de grandeurs, comparé au bombardement O-, a été mesurée / Secondary Ion Mass spectrometry (SIMS) is a powerful surface analysis technique. The ionisation probability strongly depends on the chemical surface state. The generation of positive secondary ions can be enhanced by surface bombardment with electronegative elements.Due to the optical configuration of the CAMECA NanoSIMS 50, that necessitates an opposite polarity of incoming and ejected ions, analyses of positive ions are realized with primary O- ions, generated in a duoplasmatron ion source. As a consequence of the low O- brightness of the duoplasmatron source, the lateral resolution of the analyses on the NanoSIMS 50 is not satisfactory in the positive secondary mode. In this work, we studied the feasibility of different alternative negative primary ion beams. We investigated the possibility of F-, Cl-, Br- and I- ion generation with a duoplasmatron as a function of the source parameters, notably the magnetic field strength, the arc current and the total gas pressure. The ion current and the beam diameter were measured in order to determine the F-, Cl-, Br- and I- brightness of the source. A comparative study with the O- brightness demonstrates an increase of the F- brightness by a factor of 5.By using the F-, Cl-, Br- and I- bombardment, the sputtering yield, the concentration of implanted primary ions and the useful yield of different semi-conductor and metal samples were analysed. As a consequence of a low halogen concentration, related to etching effects, no enhancement of the useful yield could be noticed for the semi-conductors. For metals however (e.g. Ni, Cu and Ag), useful yield enhancements by up to a factor of 100 compared to the O- bombardment could be demonstrated

Nous interagissons quotidiennement avec une multitude de matériaux et nous pouvons sans effort identifier les différents matériaux. Nous qualifions facilement des caractéristiques à des matériaux particuliers comme matte, doux, dur, lisse, brillant, par exemple. Ces caractéristiques sont basées sur l’aspect visuel du matériau et les estimations des propriétés physiques sous-jacentes du système visuel. Cependant, la perception est un problème mathématiquement sous-constraint. La quantité de lumière atteignant notre œil dépend des propriétés de réflectance de la matière, l’éclairage de la scène et la géométrie des objets. Estimer les propriétés intrinsèques des matériaux nécessite une clarification de ces différents éléments les uns des autres. Pour estimer propriétés, intrinsèques des matériaux, il faut les étudier indépendamment les uns des autres. Dans cette thèse, j’étudie l’influence d’une propriété intrinsèque particulière : les réflexions spéculaires. J’étudie l’influence du contexte sur la brillance perçue et le rôle des autres matériaux dans la scène observée. D’autres matériaux pourraient fournir des informations supplémentaires sur les caractéristiques de la scène qui guident et façonnent le percept final. Nos résultats expérimentaux confirment que : 1. La perception de la brillance est influencée par le point de vue et la direction d’illumination. La brillance perçue est bien corrélée avec les propriétés des réflexions spéculaires sur la surface. 2. La brillance perçue est largement affectée par d’autres matériaux sur la surface indiquant que les participants prennent les informations d’autres matériaux en compte. 3. La procédure d’estimation conjointe du maximum de vraisemblance peut être utilisées pour quantifier précisément les effets contextuels dans la perception matérielle. La luminance et interagissent brillant physique et en même temps une influence sur la perception de l’autre. En conclusion, cette thèse met en évidence l’importance du contexte sur la brillance perçue. Je soutiens que la définition de constance de brillance néglige largement l’influence du contexte. La capacité du système visuel pour récupérer la réflectance de surface a été largement testée et une absence de constance de brillance ont été trouvé. Cependant, le jugement d’une seule surface dans l’isolement ne correspond pas à une tâche naturelle. D’autres matériaux et objets de la scène apportent des informations supplémentaires sur l’environnement au système visuel. Le percept final de la brillance est formé par des informations disponibles à partir de ces matériaux dans la même scène. / We interact with a multitude of different materials on a daily basis and we can effortless identify different materials. We easily add labels to particular materials like soft, hard, smooth, shiny, matte, for example. These labels are based on the visual appearances of the materials and the visual system's estimations of the underlying physical properties. However, mathematically material perception is an underconstrained problem. The light reaching our eye depends on the reflectance properties of the material, the illumination in the scene and the object's geometry. Estimating the intrinsic properties of materials requires to disambiguate these different factors from one another. In this thesis I will focus on one particular intrinsic property: Gloss. I will focus on the influence of the context onto perceived gloss and the role of other materials in the observed scene. Additional materials might provide supplementary information about the scene characteristics that guide and shape the final percept. Our experimental results confirm that: 1. Gloss perception is influenced by the viewpoint and the illumination direction. Perceived gloss correlates well with simple highlight properties on the surface. 2. Perceived gloss is largely influenced by other materials on the surface. Surfaces with two materials generate contrasting perceptual effects. 3. Maximum likelihood conjoint measurements can be used to precisely quantify contextual effects in material perception. Both, luminance and physical gloss interact and simultaneously influence each other. In conclusion, this thesis highlights the importance of the context onto perceived gloss. I argue that the definition of gloss constancy broadly neglects the influence of the context. The visual system's ability to recover the surface reflectance has extensively been tested and lacks of gloss constancy have been found. However, the judgement of a single surface in isolation does not correspond to a natural task. Other materials and objects in the scene provide the visual system with rich information about the environment (e.g. the illumination) and the final percept of the surface is formed by the additional information from these materials in the same scene.

Résumé : La région de l'archipel canadien, située en Arctique, connaît actuellement d'importants changements climatiques, se traduisant notamment par une augmentation des températures, une réduction de l'étendue de la banquise marine et du couvert nival terrestre ou encore une perte de masse significative des calottes glaciaires disséminées sur les îles de l'archipel. Parmi ces calottes glaciaires, la calotte Barnes, située en Terre de Baffin, ne fait pas exception comme le montrent les observations satellitaires qui témoignent d'une importante perte de masse ainsi que d'une régression de ses marges, sur les dernières décennies. Bien que les calottes glaciaires de l'archipel canadien ne représentent que quelques dizaines de centimètres d'élévation potentielle du niveau des mers, leur perte de masse est une composante non négligeable de l'augmentation actuelle du niveau des mers. Les projections climatiques laissent à penser que cette contribution pourrait rester significative dans les décennies à venir. Cependant, afin d'estimer les évolutions futures de ces calottes glaciaires et leur impact sur le climat ou le niveau des mers, il est nécessaire de caractériser les processus physiques tels que les modifications du bilan de masse de surface. Cette connaissance est actuellement très limitée du fait notamment du sous-échantillonnage des régions arctiques en terme de stations météorologiques permanentes. Une autre particularité de certaines calottes de l'archipel canadien, et de la calotte Barnes en particulier, est de présenter un processus d'accumulation de type glace surimposée, ce phénomène étant à prendre en compte dans l'étude des processus de surface. Pour pallier au manque de données, l'approche retenue a été d'utiliser des données de télédétection, qui offrent l'avantage d'une couverture spatiale globale ainsi qu'une bonne répétitivité temporelle. En particulier les données acquises dans le domaine des micro-ondes passives sont d'un grand intérêt pour l'étude de surfaces enneigées. En complément de ces données, la modélisation du manteau neigeux, tant d'un point de vue des processus physiques que de l'émission électromagnétique permet d'avoir accès à une compréhension fine des processus de surface tels que l'accumulation de la neige, la fonte, les transferts d'énergie et de matière à la surface, etc. Ces différents termes sont regroupés sous la notion de bilan de masse de surface. L'ensemble du travail présenté dans ce manuscrit a donc consisté à développer des outils permettant d'améliorer la connaissance des processus de surface des calottes glaciaires du type de celles que l'on rencontre dans l'archipel canadien, l'ensemble du développement méthodologique ayant été réalisé sur la calotte Barnes à l'aide du schéma de surface SURFEX-CROCUS pour la modélisation physique et du modèle DMRT-ML pour la partie électromagnétique. Les résultats ont tout d'abord permis de mettre en évidence une augmentation significative de la durée de fonte de surface sur la calotte Barnes (augmentation de plus de 30% sur la période 1979-2010), mais aussi sur la calotte Penny, elle aussi située en Terre de Baffin et qui présente la même tendance (augmentation de l'ordre de 50% sur la même période). Ensuite, l'application d'une chaîne de modélisation physique contrainte par diverses données de télédétection a permis de modéliser de manière réaliste le bilan de masse de surface de la dernière décennie, qui est de +6,8 cm/an en moyenne sur la zone sommitale de la calotte, qui est une zone d'accumulation. Enfin, des tests de sensibilité climatique sur ce bilan de masse ont permis de mettre en évidence un seuil à partir duquel cette calotte voit disparaître sa zone d'accumulation. Les modélisations effectuées suggèrent que ce seuil a de fortes chances d'être atteint très prochainement, pour une augmentation de température moyenne inférieure à 1°C, ce qui aurait pour conséquence une accélération de la perte de masse de la calotte. // Abstract : Significant climate change is curently monitored in the Arctic, and especially in the region of the canadian arctic archipellago. This climate warming leads to recession of seaice extent and seasonnal snow cover, and also to large mass loss of the archipellago’s ice caps. One of the most southern ice cap, the Barnes Ice Cap, located on the Baffin Island, is no exception to significant mass loss and margins recession as satellite observations exhibited over the last decades. Despite the relative low sea level potential of the small ice caps located in the canadian arctic achipellago in regards to major ice sheets, Antarctica and Greenland, their contribution to the current sea level rise is significant. Climate projections show that this contribution could accelerate significant over the next decades. However, to estimate the future evolution of these ice caps and their impact on climate or sea level rise, a better characterisation of the surface processes such as the evolution of the surface mass balance is needed. This knowledge is currently very limited, mainly due to the sparse covering of automatic weather stations or in-situ measurements over the Arctic. Furthermore, several ice caps, among with the Barnes Ice Cap, present a superimposed ice accumulation area which particularities have to be taken into account in the surface processes studies. Given the lack of in-situ data, the approach choosen in this work is to use remote sensing data, that have the advantage to offer a good spatial and temporal coverage. In particular, passive microwave data are very suitable for snowy surfaces studies. To complement these data, physical and electromagnetic snowpack modeling provide a fine characterisation of surface processes such as snow accumulation. The whole work presented in this manuscript thus consisted in developping specific tools to improve the understanding of surface processes of small arctic ice caps. This methodological development was performed and applied on the Barnes Ice Cap using the surface scheme SURFEX-CROCUS and the electromagnetic model DMRT-ML. First results highlight a significant increase in surface melt duration over the past 3 decades on the Barnes Ice Cap (increase of more than 30% over 1979-2010 period). A similar trend is also monitored over the Penny Ice Cap, located in the south part of the Baffin Island (increase of more than 50% over the same period). Then, the surface mass balance over the last decade was modeled by using a physical based modeling chain constrained by remote sensing data. The results give a mean net accumulation of +6,8 cm y−1 on the summit area of the ice cap. Finaly, sensitivity tests, performed to investigate the climatic sensitivity of the surface mass balance, highlight a threshold effect that may lead to a complete disapearence of the accumulation area of the Barnes Ice Cap. With a temperature increase less than 1°C, modeling results suggest it is likely that the threshold will be reached rapidly leading to an increase in mass loss from the ice cap.

The feasibility of a radiance assimilation using a multi-layered snow physical model to estimate snow physical parameters is studied.The work is divided in five parts.The first two chapters are dedicated to the literature review. In the third chapter, experimental work was conducted in the alpine snow to estimate snow correlation (for microwave emission modelling) using near-infrared digital photography. We made microwave radiometric and near-infrared reflectance measurements of snow slabs under different experimental conditions. We used an empirical relation to link near-infrared reflectance of snow to the specific surface area (SSA), and converted the SSA into the correlation length. From the measurements of snow radiances at 21 and 35 GHz, we derived the microwave scattering coefficient by inverting two coupled radiative transfer models (RTM) (the sandwich and six-flux model).The correlation lengths found are in the same range as those determined in the literature using cold laboratory work.The technique shows great potential in the determination of the snow correlation length under field conditions. In the fourth chapter, the performance of the ensemble Kalman filter (EnKF) for snow water equivalent (SWE) estimation is assessed by assimilating synthetic microwave observations at Ground Based Microwave Radiometer (GBMR-7) frequencies (18.7, 23.8, 36.5, 89 vertical and horizontal polarization) into a snow physics model, CROCUS. CROCUS has a realistic stratigraphic and ice layer modelling scheme. This work builds on previous methods that used snow physics model with limited number of layers. Data assimilation methods require accurate predictions of the brightness temperature (Tb) emitted by the snowpack. It has been shown that the accuracy of RTMs is sensitive to the stratigraphic representation of the snowpack. However, as the stratigraphic fidelity increases, the number of layers increases, as does the number of state variables estimated in the assimilation. One goal of the present study is to investigate whether passive microwave measurements can be used in a radiance assimilation (RA) scheme to characterize a more realistic stratigraphy.The EnKF run was performed with an ensemble size of 20 using artificially biased meteorological forcing data.The snow model was given biased precipitation to represent systematic errors introduced in modelling, yet the EnKF was still able to recover the"true" value of SWE with a seasonally-integrated RMSE of only 1.2 cm (8.1%).The RA was also able to extract the grain size profile at much higher dimensionality which shows that the many-to-one problem of SWE-Tb relationship can be overcome by assimilation, even when the grain size profile varies constantly with depth.The last chapter was on the validation of the data assimilation system using a point-scale radiance observations from the CLPX-1 GBMR-7. We first predicted snow radiance by coupling the snow model CROCUS to the snow emission model (MEMLS). Significant improvement of Tb simulation was achieved for the late February window for all three frequencies.The range of the underestimation of the polarization difference is between 25% and 75%. We then assimilated all six channels measurements of the GBMR-7.The filter was able to accurately retrieve the SWE for periods of time when the Tb measurements were available.The results show that RA using EnKF with a multi-layered snow model can be used to determine snow physical parameters even with a biased precipitation forcing.