L´étude des aérosols de la stratosphère est primordiale pour modéliser précisément le bilan radiatif terrestre, et pour évaluer l´influence des particules sur le cycle de destruction de l´ozone. Depuis la découverte de la couche de Junge, ce domaine de recherche connaît différents décors, du plus important contenu en aérosols du dernier siècle après l´éruption du Mont Pinatubo en 1991, à un rétablissement vers les faibles niveaux atteints dans les années 2000, qui permet l´étude des particules autres que celles d´origine volcanique. Cependant, à ce jour, le degré de connaissance est faible quant à la distribution spatiale et verticale de ces aérosols dans la moyenne et haute stratosphère. Leur détection présente plusieurs difficultés: les particules ont une grande variété d´origines, compositions, tailles et formes, et leurs faibles épaisseurs optiques rendent indispensables des résultats précis. Un algorithme d´inversion développé au LPC2E a été adapté à l´analyse des données de niveau 1b de l´instrument GOMOS à bord d´ENVISAT, qui emploie la technique d´occultation stellaire, et fournit une bonne (mais irrégulière) couverture géographique et temporelle des mesures; un critère de sélection est d´ailleurs nécessaire du fait de l´utilisation de sources lumineuses de propriétés différentes. La méthode mise au point est validée pour l´étude de l´extinction induite par les aérosols; une climatologie globale est alors établie pour la période allant d´août 2002 à juillet 2006, et indique la présence permanente de particules dans l´ensemble du globe, jusqu´à environ 45 km d´altitude. La variabilité temporelle de l´extinction montre une augmentation progressive du contenu moyen depuis 2002 aux latitudes tropicales dans la basse stratosphère, et a permis d´évaluer l´effet de l´oscillation quasi-biennale et d´étudier d´autres variations saisonnières. La dépendance spectrale permet de déduire certaines spécificités concernant la taille et la nature des aérosols, majoritairement des particules sulfatées, mais également des suies en provenance de la troposphère et des particules d´origine interplanétaire. / The study of stratospheric aerosols is crucial for modeling precisely the earth´s radiative budget and because of their influence on ozone depletion. Since the discovery of Junge layer, this area of research has been through various situations: from the greatest volcanic upload of last century after Mount Pinatubo eruption in 1991, and slowly recovering to background levels reached in the 2000s, which allow the study of other than volcanic particles. However, the vertical and spatial distribution of these aerosols in the middle and high stratosphere is still poorly documented and not yet totally understood. Their detection presents many difficulties: the particles have a great variety of origins, compositions, shapes and sizes, and their low optical thicknesses make accurate results necessary. An inversion algorithm developed in the LPC2E has been adapted to the analysis of level 1b data from GOMOS instrument onboard ENVISAT. The star occultation technique leads to a good (but irregular) spatial and temporal sampling, and a data selection criteria allows the analysis of accurate results, which validation is led for the study of aerosol extinction. A global climatology is then established for the August 2002 to July 2006 period, and shows the permanent presence of aerosol particles around the globe, up to 45 km altitude. The temporal variability shows a progressive enhancement of the mean content from 2002 in the tropics, and was useful to study the influence of the quasi-biennial oscillation in the middle stratosphere, as well as some seasonal features. The study of the spectral dependence informs about the size and nature of the particles, mainly sulfate aerosols, but also soot coming from the troposphere and aerosols of extra-terrestrial origin.

Le rayonnement atmosphérique appelé nightglow est un phénomène se produisant à haute altitude (environ 90 km). Il consiste en l’émission d’un rayonnement suite à la désexcitation de certaines molécules et atomes (OH, Na, O2 et O). Il se répartit sur une large gamme spectrale, en particulier dans l’infrarouge et se propage jusqu’au niveau du sol. Le rayonnement nightglow constitue un marqueur important pour la haute atmosphère, permettant de remonter à la température, mais également à de nombreux phénomènes dynamiques comme les marées atmosphériques ou les ondes de gravité. Sa propagation au niveau du sol permet l’éclairage de scène terrestre et ainsi la vision nocturne à l’aide de caméras proche infrarouge. Afin de mieux connaître les fluctuations de ces émissions en fonction du temps à différentes échelles et en différents lieux sur la planète, la thèse s’est axée sur une étude observationnelle et une étude théorique. L’étude observationnelle a produit une climatologie à grande échelle par l’extraction du rayonnement issu des données de l’instrument GOMOS. Les campagnes de mesures réalisées au sol ont quant à elles mis en avant certains aspects dynamiques importants comme les marées et les ondes de gravité. Pour reproduire le rayonnement nightglow, il a été nécessaire de modéliser les réactions chimiques des nombreuses espèces présentes à haute altitude, le chauffage, la photodissociation de certaines molécules par le rayonnement solaire et la propagation du rayonnement vers le sol. Certains processus dynamiques ont été inclus comme la diffusion moléculaire, la diffusion turbulente et une paramétrisation des marées. Enfin, les résultats du modèle sont comparés aux observations satellitaires ainsi qu’au niveau du sol et des tests de sensibilité sont effectués pour estimer la réponse du rayonnement aux différents modules du modèle. / The nightglow is an atmospheric radiation which occurs at high altitude (around 90 km). It comes from the desexcitation of specific molecules and atoms (OH, Na, O2 and O). It spreads over a wide spectral band, especially in the infrared and propagates to the ground level. The nightglow emission is an important mark for the high atmosphere, as it allows the retrieval of the temperature and many dynamic processes such as atmospheric tides or gravity waves. Its propagation to the ground level allows the illumination of terrestrial scene and therefore the night vision with the use of near infrared cameras. In order to have a better knowledge of the emission fluctuations as a function of time for various scales and at various locations, the work is focused on an observational and theoretical study. The observational study produced large scale climatology with the extraction of nightglow emission from GOMOS data. On the other hand, ground measurements highlighted some dynamical aspects such as tides and gravity waves. To model the nightglow emission, it has been necessary to take into account the chemical reactions of the species available at high altitude, the heating, the photodissociation process and the propagation of the emission to the ground. Selected dynamical processes have been included, such as the molecular and turbulent diffusion, and a tide parameterization. Finally, the results of the model are compared to the satellite and ground observations and sensitivity tests are run to estimate the response of the emission to the various modules of the model.

L'étude des aérosols de la stratosphère est primordiale pour modéliser précisément le bilan radiatif terrestre, et pour évaluer l'influence des particules sur le cycle de destruction de l'ozone. Depuis la découverte de la couche de Junge, ce domaine de recherche connaît différents décors, du plus important contenu en aérosols du dernier siècle après l'éruption du Mont Pinatubo en 1991, à un rétablissement vers les faibles niveaux atteints dans les années 2000, qui permet l'étude des particules autres que celles d'origine volcanique. Cependant, à ce jour, le degré de connaissance est faible quant à la distribution spatiale et verticale de ces aérosols dans la moyenne et haute stratosphère. Leur détection présente plusieurs difficultés: les particules ont une grande variété d'origines, compositions, tailles et formes, et leurs faibles épaisseurs optiques rendent indispensables des résultats précis. Un algorithme d'inversion développé au LPC2E a été adapté à l'analyse des données de niveau 1b de l'instrument GOMOS à bord d'ENVISAT, qui emploie la technique d'occultation stellaire, et fournit une bonne (mais irrégulière) couverture géographique et temporelle des mesures; un critère de sélection est d'ailleurs nécessaire du fait de l'utilisation de sources lumineuses de propriétés différentes. La méthode mise au point est validée pour l'étude de l'extinction induite par les aérosols; une climatologie globale est alors établie pour la période allant d'août 2002 à juillet 2006, et indique la présence permanente de particules dans l'ensemble du globe, jusqu'à environ 45 km d'altitude. La variabilité temporelle de l'extinction montre une augmentation progressive du contenu moyen depuis 2002 aux latitudes tropicales dans la basse stratosphère, et a permis d'évaluer l'effet de l'oscillation quasi-biennale et d'étudier d'autres variations saisonnières. La dépendance spectrale permet de déduire certaines spécificités concernant la taille et la nature des aérosols, majoritairement des particules sulfatées, mais également des suies en provenance de la troposphère et des particules d'origine interplanétaire.

[pt] Este trabalho procura apresentar e discutir, através do estudo de um caso especifico, alguns aspectos da análise de tensões em tubulações compostas por curvas em gomos. O problema estudado corresponde às condições de operação de um sistema que liga o reator a um vaso de pressão de uma planta de produção de ácido fosfórico. A elevada relação diâmetro/espessura deste duto impede que os procedimentos usuais do cálculo de flexibilidade de tubulações, baseados na teoria de vigas, sejam aplicados. Assim, foi utilizado o método dos elementos finitos através de elementos tipo casca. Esta análise numérica foi validada através de modelagens experimentais - extensometros elétricos e medidas de ovalização num modelo reduzido - e analitica - solução de Kitching. Foram também examinados os efeitos sobre o comportamento da tubulação devido aos flanges e diferentes condições de contorno impostas às suas extremidades. Alem disso, o procedimento de calculo sugerido pela norma ANSI/ASME foi discutido. / [en] The aim of this work is to present and discuss the structural behaviour of piping systems containning mitred bends. A duct that joins a reactor to a catch-all vessel of a phosporic acid production unit was studied under the thermal loads (in-plane) imposed during its operation. The pipe high diameter to thichness ratio makes unsuitable the approach of usual flexibility analysis (beam theory) so the finite element method was applied using shell elements. The finite element model was verified by an experimental analysis and by comparing results with those obtainned from a theoretical solution proposed by Kitching. The end effects due to flanges and the piping behaviour when different boundary conditions are imposed at its ends were studied. Also the ANSI/ASME standards for flexibility analysis were discussed.