Une hausse de la moyenne globale de la température est attendue d'ici la fin du siècle. Ce changement aura des conséquences sur le cycle de l'eau. L'humidité du sol fait partie de ce cycle et pourrait être modifiée au cours des prochaines années. Certaines régions dépendent, dans une certaine mesure, de la quantité d'eau dans le sol pendant la saison estivale plus particulièrement. Les régions où cette dépendance est présente pourraient migrer en réponse à la hausse de la température et de la modification du cycle de l'eau. À l'aide du MRCC et du schéma de surface intégré (CLASS), l'évaluation de la représentation de la quantité d'eau dans le sol sera comparée avec les observations et les évaluations qualitatives d'estimation de l'humidité du sol afin de déterminer si le modèle définit bien cette mesure. Le changement appréhendé de l'humidité du sol pour les périodes futures sera évalué. La migration possible des zones de couplage sol-atmosphère sera estimée à l'aide de différents outils disponibles. L'utilisation d'un modèle régional (MRC) va permettre de représenter l'humidité du sol et les autres champs météorologiques avec une plus haute résolution. La majorité des études effectuées sur le sujet proviennent de modèles de circulation générale (MCG) et l'utilisation d'un MRC pourra amener une meilleure perspective. Les résultats de l'évaluation de l'humidité du sol démontrent certaines lacunes dans le cycle annuel surtout vers la fin de l'été et à l'automne. La représentation de la 3e et dernière couche comporte un biais important face aux observations. Dans l'ensemble, les tendances sont assez bien respectées, par contre, certaines différences existent au niveau de l'intensité des événements extrêmes. Au niveau du changement appréhendé de l'humidité du sol, certains résultats des autres études concordent avec ceux obtenus dans le cadre de celle-ci. Une diminution de la quantité d'eau dans le sol pour les régions subtropicales de l'Amérique du Nord est attendue. Pour les latitudes moyennes, une augmentation durant l'hiver et une baisse durant l'été sont appréhendées. Au niveau des hautes latitudes, les autres études ne s'entendent pas exactement sur le sens du changement. Dans cette recherche, la fonte du pergélisol semble un élément important particulièrement pour la couche la plus profonde. En effet, le ruissellement est important en raison du type de sol présent qui joue un rôle prépondérant dans les résultats obtenus. Les différents outils utilisés afin d'évaluer le changement au niveau de l'intensité du couplage sol-atmosphère indiquent la possibilité d'une migration vers le nord-est des États-Unis, le centre-nord des États-Unis, les Prairies canadiennes et, à la limite, le sud-est du Canada pendant la saison estivale d'ici la fin du siècle. En effet, le déplacement des zones de corrélation positive entre l'évaporation et l'humidité du sol de la première couche vers le nord et l'est de l'Amérique du Nord est un élément qui laisse envisager cette possibilité. L'augmentation de la variabilité de l'évaporation et de la température pour le nord-est des États-Unis et les Prairies canadiennes est un autre élément qui joue un rôle vers la modification des zones où le couplage est important. Des distributions journalières ayant deux modes ont été obtenues dans des bassins versants qui se situent dans des régions de couplage ou qui pourraient s'y retrouver au cours des prochaines années. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : modèle régional du climat, cycle de l'eau, humidité du sol, changements appréhendés, couplage sol-atmosphère

Les aléas géomorphologiques liés à la dynamique des versants constituent un risque important pour les infrastructures routières du nord de la Gaspésie. Chaque année, des avalanches de neige et des blocs de glace issus du démantèlement des carapaces atteignent la route 132, causant des interruptions de circulation, des dommages aux aménagements et parfois même des accidents. La présente étude a pour objectif d'analyser les variations de l'activité géomorphologique sur le site d'Aqua Velva ; de circonscrire les conditions météorologiques favorables au déclenchement des avalanches de neige et des chutes de blocs de glace et ; d'en déterminer les périodes individuelles et combinées d'activité pour le site d'étude. Les résultats découlent de l'analyse croisée des inventaires du Ministère des Transports du Québec liées à ces deux aléas entre 1987 et 2011 et des données météorologiques d'Environnement Canada, complété par des analyses dendrogéomorphologiques. Les anomalies de croissances des arbres échantillonnés témoignent d'une augmentation considérable de l'activité géomorphologique liée à la dynamique des versants sur le site d'Aqua Velva à partir de la fin des années 80. D'après les résultats obtenus, il ressort que la température est le facteur déterminant dans le démantèlement des carapaces de glace. L'approche par degré-jours cumulés a permis d'identifier une période d'activité d'une durée moyenne 45 jours s'étalant entre le 21 avril et le 5 juin. La dynamique avalancheuse sur le site d'étude est plutôt soumise à l'effet des précipitations. Elle répond à trois régimes avalancheux distincts : un régime de tempête lié à de fortes précipitations neigeuses sur une courte période de temps (24, 48 ou 72h); un régime printanier de fonte lié à la pluie et un régime printanier causé par la chute de blocs de glace. Alors que les épisodes de tempête se concentrent surtout en février, le manteau neigeux dans le couloir d'Aqua Velva est susceptible de subsister jusqu'à tard au printemps engendrant un risque avalancheux ou multi-aléa jusqu'à la mi-mai. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : avalanches, carapaces de glace, multi-aléas, climat, dendrogéomorphologie, risque naturel, Gaspésie, Québec

Dans le nord-ouest du Québec, le thuya de l'Est atteint sa limite de répartition continue aux environs du 48e parallèle de latitude. Toutefois, quelques peuplements se trouvent jusqu'au 51e parallèle. La présence ou l'absence d'une espèce peut être expliquée par différents facteurs tels que le climat, les feux, les conditions édaphiques ou la compétition interspécifique. La présente étude tente d'établir quels facteurs influencent la limite de répartition nordique du thuya de l'Est au Québec. Nous avons étudié l'effet du climat sur la croissance et la régénération du thuya à différentes latitudes. Nous avons également analysé la répartition du thuya selon la disponibilité de sites potentiels le long d'un gradient climatique. Finalement, nous avons tenté de comprendre la relation entre l'établissement du thuya et la dynamique des feux à la limite de sa répartition. Ces différentes analyses ont permis de constater que le climat n'avait qu'une influence partielle sur la répartition actuelle du thuya. Seule la régénération des sites marginaux était plus faible par rapport aux peuplements du sud. La régénération était toutefois présente dans ces sites isolés. De plus, le climat ne pouvait expliquer la baisse importante de l'abondance des peuplements rencontrée au centre du gradient latitudinal. Par ailleurs, la disponibilité de sites adéquats pour l'établissement du thuya ne semble pas être un facteur important puisque le thuya semble incapable de saturer tous les sites potentiellement disponibles au nord de sa répartition. Le feu apparaît avoir une grande influence sur la répartition du thuya. En effet, les peuplements trouvés au nord sont généralement plus âgés que les peuplements les entourant. Cela indique qu'ils n'ont pas brûlé en même temps que les autres peuplements lors du dernier feu, et se trouvent donc dans des endroits protégés. De plus, les peuplements marginaux étudiés se trouvaient tous à proximité de cours d'eau ou dans des endroits très humides, là où les feux sont moins probables. Nous constatons donc que le feu, en association avec le climat, semble responsable de la limite de répartition actuelle du thuya de l'Est. En effet, le climat diminue le potentiel de régénération et les feux éliminent les arbres semenciers et limitent la dispersion des peuplements. Ainsi, la répartition du thuya de l'Est n'est pas en équilibre avec le climat en raison des feux trop fréquents. Dans une optique de changements climatiques, la migration de plusieurs espèces vivant en forêt boréale pourrait dépendre davantage de l'effet du climat sur les cycles de feu que de ses effets directs sur la biologie de l'espèce. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Thuya de l'Est, limite nordique, climat, reproduction, feu, facteurs édaphiques

Les sulfates issus de la pollution industrielle d'Eurasie et transportés à travers la basse troposphère arctique durant l'hiver sont soupçonnés d'altérer les propriétés des nuages au point d'affecter significativement le climat de cette région. Un de leurs effets potentiellement importants est l'inhibition du gel des gouttelettes en cristaux de glace (effet IGIS), qui favoriserait les nuages formés de cristaux à grande taille et déclencherait un mécanisme associé à une anomalie de refroidissement à la surface. Grâce à de récentes données satellitaires, issues des missions CloudSat et CALIPSO, les implications escomptées de l'effet IGIS peuvent être testées à l'échelle de l'Arctique. La superposition des observations quasi-simultanées du radar de CloudSat et du lidar de CALIPSO a permis de développer une nouvelle classification des nuages arctiques centrée sur le rayon effectif des cristaux de glace. Un proxy de la concentration en sulfates dans les parcelles d'air non-nuageuses a aussi été élaboré à partir des mesures du lidar, et validé à partir de mesures in situ. Différents tests de corrélation entre d'une part les propriétés des nuages glacés censés êtres les plus affectés par l'effet IGIS (nommés TIC-2B) et d'autre part le proxy de la concentration en sulfates ont été conduits afin d'approfondir notre compréhension de cet effet. Des limites méthodologiques, entre autres l'impossibilité d'estimer les concentrations en sulfates à l'intérieur des nuages, ont empêché l'atteinte de conclusions définitives. Cependant, les distributions géographiques des TIC-2B el du proxy sont cohérentes avec un effet IGIS ayant lieu durant le transport de la pollution eurasienne vers les mers de Chukchi et de Beaufort. Enfin, les propriétés macrophysiques des nuages stratiformes en phase mixte, potentiellement affectés eux aussi par l'effet IGIS, ont été caractérisées. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : climat arctique, sulfates, nuages, effet indirect des aérosols, données satellitaires.

Cette thèse se penche sur différents aspects des cyclones tropicaux tels que simulés par des modèles de circulation générale (MCG) et un modèle régional de climat (MRC), le modèle régional de climat canadien (MRCC5). D'abord, nous évaluons la capacité d'un ensemble de MCG, utilisé dans le cadre du 4e rapport du GIEC (Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat), à capturer les principales zones de cyclogenèse au travers d'indices dérivés à partir des champs atmosphériques favorables à la formation des cyclones tropicaux. En comparant les événements de cyclogenèse observés avec les deux indices calculés à partir de réanalyses et d'un ensemble de MCG, nous vérifions que les indices arrivent à relativement bien représenter la distribution actuelle des cyclones tropicaux, autant dans les modèles que les réanalyses. En comparant des simulations couvrant la période 2080-2100 avec la période présente, l'indice jugé plus stable projette une légère augmentation du nombre des tempêtes dans le Pacifique Ouest. Le deuxième partie de la thèse est consacrée à évaluer la capacité du MRCC5 à reproduire la climatologie des cyclones tropicaux observée durant la période 1979-2006. Plus précisément, nous évaluons l'impact d'une augmentation de la résolution sur les caractéristiques physiques des cyclones ainsi que sur leur distribution géographique, de même que l'impact des conditions aux frontières, de la technique de « downscaling » dynamique utilisée et de la taille du domaine sur les cyclones simulés. Une telle évaluation est une étape cruciale à toute étude d'impact des changements climatiques sur les ouragans. La distribution des cyclones est consistante avec la distribution d'un indice de cyclogenèse, ce qui permet de mieux comprendre les changements observés dans les différentes simulations. Aussi, nous évaluons la capacité du modèle à reproduire la variabilité interannuelle observée durant cette période, et plus particulièrement l'impact de l'oscillation australe d'El Niño (El Niño Southern Oscillation ou ENSO) sur la cyclogenèse. Finalement, nous étudions les ondes d'Est africaines, systèmes précurseurs des ouragans dans l'Atlantique, tel que simulées par le MRCC5 de même que leur relation avec les cyclones tropicaux de l'Atlantique. Règle générale, le MRCC5 arrive à reproduire de façon réaliste l'activité observée durant la période 1979-2006. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : cyclones tropicaux, indices de cyclogenèse, ondes d'Est africaines, modèle régional de climat, modèle de circulation générale

La variabilité interne (VI) est une propriété des systèmes chaotiques qui fait que des simulations numériques lancées de conditions initiales différant même de façon minime entre elles, vont éventuellement diverger dans le temps. Des études antérieures ont montré que la VI d'un modèle régional du climat (MRC) avait un caractère épisodique dépendant des conditions synoptiques du moment. Ce projet a pour but principal de vérifier l'hypothèse selon laquelle les maxima notés dans la variation temporelle de la VI sont dus à la croissance rapide des perturbations développées dans des régions atmosphériques dynamiquement instables. L'élément déclencheur est représenté par des instabilités hydrodynamiques résultant de conversions barocline ou barotrope d'énergie. Pour décrire l'espace instable des perturbations, nous avons fait appel à la technique des vecteurs singuliers (VS). Un ensemble de 21 simulations qui diffèrent seulement dans les conditions initiales a été réalisé sur le continent nord-américain et la VI a été exprimée en termes d'énergie totale des perturbations par rapport à une simulation de référence. Plusieurs séries de VS ont été calculées pour trouver les perturbations avec la plus rapide croissance linéaire par rapport à la norme de l'énergie totale sur une période de 36 heures. L'analyse de la variation totale en 36 heures a montré que la croissance associée au maximum principal de VI était expliquée dans une proportion de 73% par les dix premiers VS et dans une proportion de 51 % par le "premier" VS, c'est à dire celui croissant le plus rapidement. Les VS ainsi identifiés avaient des structures de petite échelle spatiale, de forts taux de croissance dans le temps, et ils se développaient à l'intérieur d'un environnement constitué de perturbations matures avec des faibles taux de croissance. Pour un épisode de forte VI, une très grande ressemblance a été trouvée entre la structure des perturbations dans les simulations du MRCC et le VS avec la croissance la plus rapide après 24 à 36 heures d'intégration du modèle linéaire tangent. Au temps initial, le premier VS avait une structure verticale inclinée vers ouest et l'énergie totale était dominée par la composante de l'énergie potentielle. Au temps final, cette inclinaison avait beaucoup diminué et l'énergie totale était alors dominée par l'énergie cinétique, indiquant que la conversion barocline représentait le processus dominant dans l'augmentation de la VI pour cette période. Pour d'autres périodes dominées par les sources d'instabilité, le pourcentage de la variation totale en 36 heures expliqué par les 4 ou 5 premiers VS variait entre 36% et 85%. Toutefois, dans ces cas, le pourcentage n'était pas dominé par le premier VS. Nous avons montré également que dans les périodes dominées par le transfert de VI à l'extérieur du domaine, la projection sur les VS était très petite malgré la présence de sources de VI à l'intérieur du domaine d'analyse. Le fait que ces sources de VI ne soient pas représentées par les plus rapides VS indique qu'elles peuvent être causées par des processus non linéaires et qu'un nombre plus grand de VS est nécessaire pour leur décomposition. Le dernier volet de cette thèse étudie la possibilité d'utiliser le premier VS pour estimer les variations temporelles de la VI dans les simulations d'un MRC. Nos résultats montrent que le premier VS à lui seul ne permet pas d'anticiper des périodes caractérisées par une forte croissance de la VI dans les simulations du modèle. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Variabilité interne, modèle régional du climat, vecteur singuliers, modèle linéaire tangent, instabilité hydrodynamique.

La modélisation du climat à haute résolution est nécessaire aux études d'impact du climat et, de nos jours, les modèles de circulation générale (MCG) n'ont pas encore une résolution suffisante pour satisfaire ces besoins. Les modèles régionaux du climat (MRC) ont été développés dans le but de fournir des détails sur le climat à fine échelle sur des régions spécifiques de la Terre. Les MRC ont démontré leur capacité à produire de la variabilité spatiale à petite échelle qui manque dans les simulations de MCG ; pour cette raison, les MRC sont de plus en plus utilisés dans les études sur le climat actuel et futur. Malgré ce succès, les avantages découlant de la production d'une variabilité climatique de fine échelle - autres que l'effet visuel saisissant des animations réalistes - ont rarement été clairement identifiés. Les tentatives pour quantifier ces avantages, généralement désignés comme étant la valeur ajoutée (VA) des MRC, ont été relativement rares et ont prouvé que la question de la VA est très complexe. Compte tenu de cette complexité, ce projet se concentre sur un aspect particulier de cette question : l'étude des conditions préalables que doivent satisfaire certaines statistiques climatiques pour permettre aux MRC d'ajouter de la valeur aux données utilisées comme pilote. Ces conditions sont basées sur l'idée que la VA des MRC ne peut survenir que si les statistiques climatiques d'intérêt contiennent de l'information à fine échelle qui n'est pas négligeable. Des données observées et simulées par des MRC peuvent ensuite être utilisées pour quantifier l'influence relative des fines échelles dans les statistiques climatiques, comme un proxy, pour estimer la valeur ajoutée potentielle (VAP) des MRC. Deux méthodes différentes ont été utilisées pour étudier la VAP sur l'Amérique du Nord, respectivement pour la température de surface et la précipitation. Les deux méthodes comprennent 3 étapes : l'utilisation d'une technique de décomposition pour séparer les variables atmosphériques en plusieurs échelles temporelles et spatiales, le calcul de statistiques climatiques et la définition d'une quantité pour estimer la VAP. Pour la température, nous constatons que la VAP se dégage presque exclusivement dans des régions caractérisées par des forçages de surface importants, soit la présence de topographie de fine échelle ou de contrastes terre-mer. Par ailleurs, certains des processus qui produisent la variabilité de petite échelle semblent être liés à des mécanismes relativement simples tels que la réponse linéaire aux différentes propriétés physiques de la surface et la variation générale de la température avec l'altitude dans l'atmosphère. Le potentiel des MRC à ajouter de la valeur dans les projections futures de la température moyenne est brièvement étudié. L'analyse montre que la variabilité de fine échelle du signal du changement climatique est généralement très faible par rapport à celle de grande échelle, ce qui suggère que peu de VA est attendue pour cette statistique climatique. Pour les précipitations, les résultats montrent que la VAP est fortement liée à des instabilités hydrodynamiques de fine échelle. La VAP est beaucoup plus élevée sur de courtes échelles temporelles (par exemple, pour des données sur 3 heures) et pour la saison chaude en raison de la proportion plus élevée de précipitations produites par de petits systèmes météorologiques et systèmes convectifs. Dans les régions à topographie complexe, le forçage orographique induit une composante supplémentaire de VAP, peu importe la saison ou l'échelle temporelle considérée. Les résultats montrent aussi que les MRC ont tendance à reproduire relativement bien la VAP par rapport aux observations bien qu'ils montrent une légère surestimation de la VAP en saison chaude et dans des régions montagneuses. Les résultats démontrent l'utilité du cadre utilisé pour étudier la VAP dans le climat actuel et dans des projections futures. Il est souligné que l'étude approfondie de la VA des MRC devrait aider à comprendre comment utiliser le mieux les divers produits climatiques disponibles en appui aux études en impact et adaptation face au climat changeant. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : modèles régionaux du climat, valeur ajouté potentielle, Amérique du Nord, température, précipitation.

Située sur la Petite Côte du Sénégal, la Somone est une petite rivière côtière qui se jette dans l'océan atlantique par un écosystème laguno-estuarien à régime microtidal. Aujourd'hui, les apports du bassin versant sont inexistants du fait de la combinaison de plusieurs facteurs dont le barrage de Bandia. Les seuls apports en eau douce se font par les précipitations et la nappe. Le système laguno-estuarien de la Somone est caractérisé par un fonctionnement hydrologique inverse où les influences marines prédominent. La mangrove, à dominance de Rhizophora, est l'unité caractéristique de ce système côtier. L'évolution diachronique sur 60 ans montre une modification importante de tous les faciès, internes et externes, de l'écosystème. La mobilité de la flèche sableuse d'embouchure, qui s'est traduite par deux comblements en 1967-1969 puis en 1987, est liée à des variations climatiques et météorologiques. L'évolution régressive des surfaces de mangrove, entre 1954 et 1989, est le résultat de l'effet conjugué de ces périodes de comblements, de la sécheresse et des usages traditionnels de la mangrove. La restauration de la mangrove est essentiellement due aux politiques de reboisement administrées dans les années 2000. L'évolution annuelle et saisonnière montre que le remaniement interne est le processus hydro-sédimentaire dominant. Le taux de sédimentation moyen des vasières est de 2 à 3 mm/an. La dynamique de la flèche sableuse à l'embouchure de la Somone joue un rôle fondamental sur l'évolution et la qualité des faciès internes, notamment la mangrove. L'ouverture permanente de l'embouchure permet un renouvellement biquotidien des eaux dans le système laguno-estuarien, essentiel pour réguler les fortes teneurs en sels. Les faibles teneurs des sédiments en carbone organique total, témoignent de la faible production de la mangrove en matière organique car il s'agit d'une mangrove jeune et de forme rabougrie. Les processus diagénétiques se font en anaérobiose et essentiellement dans les 10 premiers cm du sédiment, sur du dépôt récent. La contribution des mangroves jeunes, comme celles de la Somone, au processus de stockage du carbone organique est faible. L'écosystème laguno-estuarien de la Somone est un système fragile et très réactif dont l'évolution, à l'échelle humaine, est rapide et liée à des effets cumulés de facteurs naturels et anthropiques.

Dans le cadre du programme international AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine), la haute vallée de l'Ouémé (centre ouest du Bénin), d'une superficie de 10.000 km2, est instrumentée (pluie, débit) depuis 1997. Le sous-bassin de la Donga (586 km2) est le cadre d'observations intensives précisant les processus hydrologiques essentiels et quantifiant les termes du bilan.<br />La recherche entreprise vise (i) à déterminer le fonctionnement hydrologique du bassin de la Donga par confrontation des données de précipitation, d'écoulement de surface, de nappe et d'évapotranspiration potentielle, (ii) à caractériser les écoulements par traçage naturel géochimique (paramètres physiques, éléments majeurs et traces) et isotopique (isotopes stables de l'eau : d18O et d2H) afin de hiérarchiser les processus majeurs mis en jeu. Le croisement des informations hydrodynamiques et hydrogéochimiques permet de reconstituer un schéma cohérent du fonctionnement hydrologique sur le bassin. Le caractère temporaire des eaux de surface, l'asynchronisme entre le tarissement des rivières et la vidange des nappes ainsi que la très faible minéralisation des écoulements traduisent une origine superficielle des débits et une déconnexion apparente de la nappe libre du réseau hydrographique.<br />En accord avec les processus mis en évidence, une décomposition de l'hydrogramme en deux composantes (ruissellement rapide sur surface saturée et flux de subsurface) a été retenue pour 2003 et 2004, deux années à pluviométrie et écoulement contrastés.

Thèse doctorat : Dynamique & environnements sédimentaires : Lille 1 : 2003. / N° d'ordre (Lille 1) : 3399. Articles en anglais reproduits dans le texte. Résumé en français. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre.