Dissertation--Salzburg, 1999. / Bibliogr. p. 298-302.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Lettres. Géographie et aménagement : Lyon 3 : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Dans cette thèse nous apportons plusieurs contributions, à la fois théoriques et appliquées, à la théorie des valeurs extrêmes. Les deux premiers chapitres de cette thèse s'attachent à répondre à des questions cruciales en climatologie. La première question est de savoir si un changement dans le comportement des extrêmes de température peut être détecté entre le début du siècle et aujourd'hui. Pour cela nous proposons d'utiliser la divergence de Kullback Leibler, que nous adaptons au contexte des extrêmes. Des résultats théoriques et des simulations permettent de valider l'approche proposée, dont les performances sont ensuite illustrées sur un jeu de données réelles. La deuxième question quant à elle combine les réseaux de neurones à la théorie des valeurs extrêmes afin de savoir où ajouter (resp. retirer) des stations dans un réseau pour gagner (resp. perdre) le plus (resp. le moins) d'information sur le comportement des extrêmes. Un algorithme, le Query By Committee, issu de la théorie du machine learning est développé puis appliqué à un jeu de données réelles. Les avantages, inconvénients et limites de cette approche sont ainsi mis en exergue. La dernier chapitre de la thèse traite d'un sujet plus théorique, à savoir l'estimation robuste du paramètre de queue d'une distribution de type Weibull en présence de covariables aléatoires. Nous proposons un estimateur robuste en utilisant un critère de minimisation de la divergence entre deux densités et étudions ses propriétés asymptotiques. Des simulations illustrent les performances de l'estimateur à distance finie. Cette thèse offre de nombreuses perspectives dont une liste non exhaustive est dressée en conclusion.

L’incertitude liée aux conditions météorologiques est une des grandes problématiques de la prévision hydrologique. L’incertitude inhérente aux prévisions hydrologiques est due aux nombreuses manipulations qu’il faut effectuer pour transformer l’intrant météorologique en débit prévu pour un site en particulier. D’autre part, l’incertitude liée aux prévisions météorologiques est due aux conditions initiales et à la modélisation des phénomènes physiques. Les conditions initiales d’un modèle météorologique sont incertaines car on ne peut connaître avec exactitude l’état de l’atmosphère à un moment donné. De plus, les modèles sont des simplifications des phénomènes physiques complexes de l’atmosphère. En fait, une prévision de débit est l’aboutissement d’un processus de traitement des données impliquant les modèles de prévision météorologiques, des méthodes de pré-traitement (Zalachori, Ramos, Gar¸con, Mathevet, & Gailhard, 2012), des modèles hydrologiques, des méthodes de post-traitement et des modèles d’aide à la décision. Évidemment, les modèles sont des simplifications de phénomènes physiques complexes et comportent eux aussi une part d’incertitude inhérente aux processus représentés. La modélisation atmosphérique est un processus dynamique (Lorenz, 1963) et difficilement prévisible de par sa sensibilité aux états initiaux du modèle. De ce fait, les météorologues s’efforcent depuis les années 90 à considérer les différentes sources d’incertitude telle celle sur les conditions initiales et celle sur les paramètres dans les modèles atmosphériques. Ce changement de paradigme ne s’est cependant pas tout a fait complété dans le domaine de la prévision hydrologique opérationnelle. En effet, plusieurs centres continuent à se baser sur la méthodologie déterministe pour émettre leurs prévisions. Ceci est du notamment à la difficulté à prévoir des évènements de pluie par les modèles atmosphériques. Étant donné que les préciipitations sont des phénomènes très localisés, il est difficile de prévoir leur lieu exact d’occurrence. De plus, les précipitations, qu’elles soient liquides ou sous forme de neige, sont les variables d’entrée les plus importants d’un modèle hydrologique. Heureusement, malgré les difficultés mentionnées précédemment, la capacité de représenter les évènements de précipitation s’est grandement améliorée à travers les années. Un nombre croissant d’agences hydrologiques à travers le monde utilisent les prévisions d’ensemble dans un cadre opérationnel, notamment le EFAS (European Flood Alert System) (Thielen, Bartholmes, Ramos, De Roo, et al., 2008). Il est clair que le processus de production des prévisions hydrologiques contient plusieurs sources d’incertitude qui peuvent entraîner de graves conséquences pour les prévisions subséquentes. Il est scientifiquement plus correct de considérer et de traiter l’incertitude du modèle que de se limiter à des prévisions qui ne la considèrent pas. De l’acceptation de cette incertitude est née l’approche probabiliste. Cette approche nécessite donc de créer des membres à partir d’états initiaux perturbés. Cette procédure était impossible il y a une trentaine d’années par la capacité de calcul informatique qu’elle nécessite. De nos jours, la prévision météorologique probabiliste est la norme et est effectuée différemment pour chacun des centres météorologiques mondiaux. De plus, la résolution spatiale de ces prévisions données sous forme de grilles s’est grandement améliorée de manière à ce qu’elle soit adéquate pour la prévision hydrologique. La résolution spatiale plus fine des grilles de prévision permet de mieux décrire le champs de précipitation sur le bassin et donc d’améliorer la prévision hydrologique. Le premier objectif de ce projet de maîtrise est une analyse de l’inclusion de deux sources d’incertitude dans le processus de production de prévisions hydrologiques soit celle du choix de modèle atmosphérique ainsi que celle des conditions initiales et de la représentation physique de l’atmosphère. L’approche multi-modèle météorologique sera évaluée pour l’émission des prévisions d’ensemble hydrologiques. Cette analyse a pour but de comparer la performance d’un système de prévision multi-modèle météorologique avec la méthodologie couramment en vigueur chez Hydro-Québec qui est plutôt basée sur la climatologie. Le deuxième objectif est de tester une méthode de post-traitement multi-modèle appelée le ”Bayesian Model Averaging” (BMA) pour combiner les prévisions multi-modèles en une seule distribution prédictive. Le BMA permettra aussi d’attribuer à chaque modèle atmosphérique un poids représentatif de sa crédibilité déterminée lors d’une période d’entraînement. Des prévisions météorologiques provenant des modèles atmosphériques canadiens, américains et européens serviront à produire des prévisions hydrologiques sur trois bassins versants québécois soit La-Grande 4, Outardes 4 et Baskatong. Les performances de ces prévisions seront ensuite comparées à celle des prévisions opérationnelles brutes provenant d’Hydro-Québec. Ce mémoire de maîtrise se divise en 5 chapitres soit la problématique, la revue de littérature, l’approche méthodologique, la présentation des résultats et la conclusion.

La rêverie est pour la peinture une façon de tenter d’échapper avec perversité à la rigueur de l’image. L’agencement des surfaces, les teintes, les effets de matière ne sont que les traces de ses divagations diurnes. Elle trompe celui qui la regarde en apparaissant alanguie et comme endormie. La rêverie de la matière et des surfaces est un détour sur place qui permet d’atteindre ce qui est déjà là comme peut le faire la perversion. L’effronterie s’amuse à sortir de la froide cristallisation de l’image par le jeu des plans qui s’excitent à la surface du tableau. Pour ressentir enfin quelque chose, la peinture est prête à tout : détourner, noyer, feindre la profondeur, s’abandonner, se laisser absorber, quitter la forme et le genre, nier l’autre, etc. Provocation à seulement sentir, l’expérience de la peinture recoupe l’épreuve sensible comme telle et l’incorpore. Elle opère par contagion et non par représentation. Elle rend à la lettre les surfaces sensibles. La toile aussi bien que la peau même du peintre. À la façon de l’amour, elle nous détourne d’un sens transcendant pour « nous confier à l’absence de secret, comme à notre geste le plus propre » . / "Reverie" (daydreaming) is a way for painting to try to escape in a perverse manner from the rigors of the picture. The layout of surfaces, of shades, material effects are but traces of its daytime ramblings. He who watches the reverie is mistaken into thinking reverie appears languid and as if it were asleep. Reverie of material and surfaces is a static detour that lets us reach what is already there, just like perversion can. Impudence plays at turning away from the cold crystallisation of the image by a game between background and foreground that get excited together on the surface of the painting. In order to feel something at last, painting is ready for anything : diverting objects, drowning, feigning depth, letting itself go, letting itself be absorbed, abandoning form and genre, negating others, etc. As a provocation only to be able to feel, the painting experience confirms the test of the senses as such and takes it in. It works by contagion and not by representation. It reproduces down to a letter surfaces open to the senses. The canvas as the painter's own skin. Just like love, it diverts us from a transcendental meaning to "entrust us to the absence of secret just leaving us with our truest gesture" .

Cette thèse s'intéresse à la modélisation numérique du couplage entre l'océan et l'atmosphère. Bien que présentant un certain nombre de caractéristiques communes, ces deux milieux physiques sont suffisamment dissemblables pour être numériquement simulés par des modèles distincts, incluant chacun des spécificités propres. Par conséquent, leurs interactions sont prises en compte via des algorithmes de couplage multiphysique.La mise en place de tels algorithmes nécessite une bonne compréhension des modélisations des milieux océanique et atmosphérique, en particulier au voisinage de leur interface commune. C'est pourquoi une partie conséquente de la présente thèse dissèque, analyse et complète les paramétrisations turbulentes, qui sont des mécanismes numériques définis au niveau continu, traitant la couche limite turbulente au voisinage de la surface océanique. Les travaux entrepris ont permis d'identifier deux sources d'erreurs, théoriquement et numériquement significatives, dans la modélisation numérique standard de l'interface océan-atmosphère.La première source d'erreur se manifeste dans les formulations continues des paramétrisations turbulentes: celles-ci sont actuellement utilisées de manière incomplète, ce qui se traduit par le caractère mathématiquement irrégulier des solutions qu'elles génèrent. En revenant aux fondements de la théorie dont les paramétrisations découlent, la présente thèse étend leur domaine d'application, permettant de générer des profils de solution réguliers, dans un cadre théorique uniforme et bi-domaine. Les effets d'une telle extension sont numériquement évalués sur des cas tests physiquement réalistes: celle-ci peut mener à des biais considérables (de l'ordre de 20%) dans les flux échangés entre océan et atmosphère. D'un point de vue théorique, cette extension permet de définir des critères simples sous lesquels le couplage océan-atmosphère peut être considéré comme cohérent par rapport aux deux domaines physiques, et surtout aux paramétrisations turbulentes.La seconde source d'erreur est de nature algorithmique: elle concerne la discrétisation temporelle des mécanismes de couplage. Les méthodes actuelles, dites ad hoc, ne garantissent pas une complète cohérence des flux d'un modèle à l'autre. Les algorithmes de Schwarz globaux en temps, issus de thématiques liées à la décomposition de domaine, constituent une piste intéressante pour traiter ces aspects. La mise en place de tels algorithmes sur des modèles physiquement réalistes représente un défi considérable. Leur impact numérique sur des cas tests simplifiés est évalué. L'étude préalable des paramétrisations turbulentes permet de donner des pistes quant au développement d'algorithmes de couplage, concernant à la fois la cohérence du couplage précédemment introduite, et l'incorporation graduelle d'effets physiques plus complexes. / This thesis focuses on the numerical modelling of the air-sea coupling. Although they share some common features, these two physical environments are sufficiently dissimilar for their numerical treatment to be carried out by distinct models, each including their own specificities. The interactions between these two components are thus taken into account through coupling algorithms.Implementing such algorithms requires proper understanding of the oceanic and atmospheric modelling, most importantly in the vicinity of their common interface. Therefore a substantial part of this thesis dissects, analyzes and completes turbulent parameterization schemes, which are the numerical mechanisms, defined at a continuous level, through which the turbulent surface layer at the vicinity of the sea surface is treated. Two theoretically and numerically meaningful sources of errors in the standard numerical modelling of the air-sea interface have been isolated.The first source of error lies in the continuous formulation of the turbulent parameterizations, which are currently used in an incomplete manner, leading to mathematically irregular solution profiles. By carefully studying their theoretical bases, this thesis extends the parameterizations, allowing them to generate regular profiles within a standardized, bi-domain framework. Numerical investigations on physically relevant test cases show that including such an extension can result in considerable bias (of the order of 20%) in air-sea fluxes evaluations. From a theoretical perspective, carrying this extension leads to establishing simple criteria under which the air-sea coupling can be considered as coherent with respect to the two physical environments, and more importantly, to the turbulent parameterizations.The second source of error is algorithmic in essence: it is linked to the temporal discretization of the coupling mechanisms. Existing ad hoc methods do not guarantee perfect coherence of the air-sea fluxes from one model to the other. Global in time Schwarz algorithms, which have first been developed as domain decomposition methods, are good candidates for correcting these flaws, although their implementation to the air-sea context is a considerable challenge, given the complexity of this problem. Investigations on the numerical impact of such algorithms are carried out on simplified test cases. Thanks to the undertaken work on turbulent parameterizations, perspectives on the development of coupling algorithms are given, regarding both their coherence as per the aforementioned conditions, and the gradually increasing complexity of physical effects that are accounted for.

Les carottes de glace sont des archive climatiques sans équivalents : les gaz contenus dans la glace de la région aride de l'Antarctique de l'Est permettent de reconstruire les compositions atmosphériques au cours des derniers 800 000 ans. Les gaz sont piégés pendant la compaction de la neige tombée sur l'inlandsis. Dans la neige en surface, aussi appelée névé, le réseau poreux interstitiel diminue jusqu'au pincement des pores qui piègent définitivement les gaz dans la glace. Cependant, le processus même de piégeage des gaz impacte l'enregistrement des signaux mesurés dans les carottes. L'interprétation de ces signaux demande de caractériser en quoi ils diffèrent de l'atmosphère passée. Le but de cette thèse est d'étudier deux effets altérant les enregistrements gaz des carottes, le piégeage par couches qui crée des irrégularités stratigraphiques et le lissage qui retire la variabilité rapide de l’enregistrement. Une attention particulière est portée sur les glaces de l'Antarctique de l'Est.Ce travail démarre avec l'étude multi-traceurs d'une carotte de névé forée au site de Lock-In en Antarctique de l'Est. Les résultats montrent que le bas du névé est un empilement hétérogène de strates se densifiant suivant une même évolution de leur réseau poreux. La stratification reflète simplement que certaines strates sont en avance (ou retard) dans leur densification, mais la fermeture des pores est similaire dans toutes les strates. Notamment, les strates contiennent toutes des quantités similaires de gaz, comme le montrent des mesures directes. Des mesures de chimie à haute-résolution montrent que les strates denses ont une haute conductivité liquide, suggérant que la stratification profonde du névé est due à une densification préférentielle induite par des impuretés.Ces connaissances sont appliquées pour étudier des variations centimétriques mesurées dans les signaux méthane des carottes de glace. Pour cette thèse, nous utilisons 6 nouveaux signaux méthane à haute résolution, mesurés dans des carottes d'Antarctique de l'Est à l'IGE. On montre que ces variations sont des artefacts dus aux irrégularités stratigraphiques causées par des strates denses se fermant en avance. Un modèle est proposé pour simuler la présence irrégulière de ces artefacts.Une nouvelle méthode est proposée pour estimer la distribution en âge des gaz dans les carottes, qui à l'origine du lissage des variations atmosphériques rapides. Elle peut être appliquée aux carottes de la dernière période glaciaire, et donne pour la première fois des indications quantitatives sur le lissage des signaux dans les carottes à très faible accumulation. Nos résultats montrent qu'en Antarctique de l'Est, le lissage est peu sensible au taux d'accumulation, et que plus d'information que prévu est préservée lors du piégeage.Enfin, nous présentons le développement d'un nouveau type de modèle micro-mécanique du névé. Son but est de simuler l'évolution des pores dans une strate de névé. Un tel modèle pourrait être utilisé pour contraindre le piégeage des gaz dans la glace, dans des conditions de période glaciaire. / As they contain air from past atmospheres, ice cores are unparalleled climate paleo-archives. The study of the gases enclosed in ice cores from the arid region of East Antarctica allows to infer the past compositions of the atmosphere back to 800,000 years ago. Gases are trapped during the compaction of the snow deposited on top of the ice sheet. In the near-surface snow, also referred to as firn, the interstitial porous network shrinks until it eventually pinches and traps gases in the ice. However, the very process of gas trapping has impacts on the gas signals recorded in ice cores. The interpretation of gas records requires to characterize how ice core and atmospheric signals differ. The aim of this PhD is to study two effects altering ice core gas records, namely gas layered trapping that creates stratigraphic irregularities and firn smoothing that removes fast variability from the record. A specific focus is put on low-accumulation East Antarctic ice cores.This inquiry starts with the multi-tracer study of a firn core drilled at the Lock-In site, East Antarctica. The results show that the bottom of the firn can be seen as a stack of heterogeneous strata that densify following the same porous network evolution with density. In this vision, the stratification simply reflects the fact that some strata are in advance (or late) in their densification, but that pore closure happens in a similar fashion in all strata. This notably means that all strata contain nearly similar amounts of gases, as supported by direct measurements. High-resolution chemistry data indicate that denser strata are characterized by a high liquid conductivity, suggesting that deep firn stratification is due the impurity-induced preferential densification.This knowledge is then used to explain abrupt spikes observed in ice core methane records. For this PhD we rely on 6 new high-resolution methane records, measured in several East Antarctic ice cores at IGE. We show that the abrupt variations are layering artifacts due to stratigraphic irregularities caused by dense firn strata closing in advance. A simple model is developed to simulate the irregular occurrence of layering artifacts.A novel technique is proposed to estimate the age distributions of gases in ice cores, that are responsible for the smoothing of fast atmospheric variations. It can notably be applied to glacial records, and for the first time provides quantitative insights on the smoothing of very low-accumulation records. Our results show that in East Antarctica, the firn smoothing is weakly sensitive to the accumulation rate, meaning that more information than previously thought is preserved.Finally, we present the development of a new type of micro-mechanical firn model. Its ambition is to simulate the evolution of the porous network of a firn stratum. Such a model could be used to better constrain the enclosure of gases in polar ice under glacial conditions.

Les chapitres 1 à 4 concernent l'Afrique, et essentiellement l'Afrique australe Chapitre 1 : Aspects spatiaux et saisonniers de la variabilité pluviométrique Excédents et déficits pluviométriques sont en priorité liés à des modifications de l'amplitude du régime pluviométrique saisonnier. La variabilité interannuelle s'inscrit dans un cadre spatial contraint par les régimes pluviométriques moyens. Néanmoins, certaines saisons sont plus propices au développement d'anomalies généralisées. Tel est le cas des short rains en Afrique de l'Est. Les anomalies pluviométriques majeures interviennent lors de la saison des pluies mais ne revêtent pas un caractère homogène. En Afrique du Sud, Octobre se distingue nettement, de par le signe de l'anomalie pluviométrique, de la suite de la saison des pluies. Chapitre 2 : Variabilité interannuelle En Afrique australe, les anomalies pluviométriques ont un impact sur la végétation d'autant plus important que l'on se situe en milieu steppique, milieu où les données satellites de type NDVI sont les mieux à même de rendre compte des excédents et déficits en pluies. Les anomalies pluviométriques d'Afrique australe sont très liées à l'océan Indien et à l'ENSO, mais relativement indépendantes de l'océan Atlantique tropical sud. La convection profonde témoigne de modifications dans le cadre de la circulation divergente est-ouest, sur l'océan Indien comme sur le Pacifique. Aux latitudes subtropicales les anomalies de la circulation atmosphérique observées simultanément dans le sud-ouest des bassins indien et atlantique modulent également la pluviométrie. Chapitre 3 : Variabilité décennale La relation existant entre les variations du niveau du lac Tanganyika et la pluviométrie sur le bassin versant met en évidence un changement d'échelle décennale. Depuis l'année 1961, on note une plus grande efficacité des pluies liée en partie à une installation plus précoce de la saison des pluies. Les structures spatiales de variabilité pluviométriques se sont modifiées dans les années soixante. En Afrique australe elles deviennent plus fortes. Ces éléments sont à mettre en relation avec le phénomène ENSO, plus fréquent et de plus forte amplitude ainsi qu'avec le réchauffement de l'océan Indien subtropical. Chapitre 4 : RSA : changements pluviométriques En Afrique du Sud, les cumuls pluviométriques ne sont marqués ni par des tendances ni par des ruptures. Mais la Province Est du Cap connaît depuis 1970 des événements pluvieux moins nombreux et plus intenses. Les stations concernées sont toutes situées sur les versants sud et est du Drakensberg. Pour le XXIe siècle, le MCG APREGE/OPA simule une diminution des précipitations, confirmée par un modèle statistique de désagrégation régionale s'appuyant sur la dynamique de l'atmosphère. Chapitre 5 : Dobroudja et Bourgogne Les précipitations de la Dobroudja roumaine connaissent un régime modulé par les contraintes géographiques (relief et distance à la mer). Plus encore ces éléments physiques influent sur les volumes via la pénétration du front de brises de mer. La qualité de l'air en Bourgogne s'est améliorée depuis 1993 en ce qui concerne les fumées noires et l'acidité forte. Néanmoins les concentrations en ozone sont et restent élevées. Des modèles statistiques de prévision des concentrations maximales pour le lendemain sont conçus pour être opérationnels et fournis aux réseaux de surveillance de la qualité de l'air de Bourgogne (ATMOSF'air).

Suite aux recommandations proposées par la communauté scientifique AMMA trois principaux objectifs étaient assignés à ce travail de recherche. Le premier était d'analyser les sorties directes des modèles de circulation générale de l'atmosphére utilisés dans le cadre du projet DEMETER. Le second était de proposer une nouvelle méthodologie de prévision des précipitations saisonnières au Sahel en utilisant les sorties directes des MCG les mieux simulées, c'est-à-dire celles relatives à la dynamique atmosphérique qui explique la pénétration de la mousson ouest africaine dans le continent, et, par conséquent, la pluie au Sahel pendant la saison de mousson d'été boréal. Le troisième objectif enfin, consistait à analyser et comparer les prévisions probabilistes issues du forum PRESAO et du projet ENSEMBLES. Pour répondre à ces objectifs, nous nous sommes appuyés sur 7 bases de données : 4 d'entre elles sont utilisées comme références (CRU, CMAP, réanalyses américaines -R1 et R2- et la TSM), les simulations (précipitations et dynamique atmosphérique) des projets européens DEMETER et ENSEMBLES et enfin les cartes numérisées du forum PRESAO. <br />Il est notamment démontré que <br />• L'approche statistico-dynamique permet d'améliorer nettement les scores obtenus directement à partir des pluies brutes des MCGs DEMETER puisqu'on atteint 40% de la variance totale expliquée (contre 10% pour DEMETER), les performances étant meilleures lorsque la dynamique atmosphérique simulée est utilisée.<br />• Le score du modèle moyen (MMEM) est très proche de ce que peut donner le meilleur MCG utilisé individuellement, cela quelle que soit la méthode utilisée (par indice ou par champs). Ceci montre qu'une approche multi-ensemble est plus performante qu'une approche multi-runs sur un modèle et que seule l'approche d'ensemble permet de retrouver dans les MCGs les téléconnexions responsables d'une bonne prévision de la pluie au Sahel.

Divers types de séries chronologiques binaires avec récompenses sont étudiés en vue de la modélisation de la succession des valeurs d'une variable climatologique dans une station de mesure pour une période donnée de l'année. Pour différentes hypothèses de dépendance entre les états successifs du processus, nous précisons les caractéristiques essentielles du modèle associé. Des essais de modélisation concernant les séries de précipitations journalières mesurées dans deux stations pluviométriques du réseau français illustrent les possibilités d'utilisation des modèles envisagés