L'Arctique est une région qui malgré l'absence et l'éloignement de sources d'émission de polluants, est l'une des plus touchées par le transport à longue échelle de la pollution, qui peut affecter les niveaux de fond de pollution et qui influence le changement climatique à l'échelle régionale et mondiale. Malgré l'amélioration des systèmes d'observations et des modèles numériques durant ces dernières décennies, il reste encore difficile de reproduire les épisodes de pollution observés en Arctique notamment en été. Une explication possible est la sous-estimation de la production d'ozone (O3) modélisée dans les panaches des feux de forêt. Le monoxyde de carbone (CO) est utilisé comme un traceur du transport de la pollution du fait de sa longue durée de vie (plusieurs semaines) dans la troposphère. Ce gaz est produit par la combustion des énergies fossiles et des feux de biomasse. De plus, étant régulé par sa réaction avec le radical OH, il joue aussi un rôle important dans le bilan de l'O3 troposphérique. Le but de mes travaux de thèse a donc été de contribuer à une meilleure compréhension du transport et des mécanismes chimiques de formation des polluants secondaires dans la troposphère arctique. Pour cela j'ai utilisé en parallèle les nouvelles mesures de CO de l'instrument satellitaire IASI qui a été lancé en octobre 2006 à bord du satellite MetOp-A et les données récoltées par des avions instrumentés lors des campagnes POLARCAT de l'Année Polaire Internationale (API), au printemps et en été 2008. Les observations CO IASI ont tout d'abord été validées en les comparant avec les mesures aéroportées in situ montrant leurs capacités à observer des panaches de signatures élevées en CO comme près des régions sources. Le deuxième volet de la thèse illustre l'apport de l'assimilation (filtre de Kalman) des mesures quotidiennes de CO IASI dans le modèle global LMDz-INCA dans l'amélioration de notre compréhension sur les émissions et des chemins de transport des polluants influençant sur la troposphère arctique. L'assimilation a ainsi permis d'améliorer la modélisation des épisodes de pollution en CO dans la troposphère libre arctique. Enfin les résultats du modèle ont également été évalués en utilisant les observations POLARCAT et utilisés pour examiner la sensibilité des concentrations de polluants en Arctique (à savoir une surestimation de la distribution de l'O3 et une sous-estimation de celle du PAN) provenant des différentes régions et en particulier des feux de forêt boréale.

This thesis presents a methodological approach to developing the capability of the Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI) instrument to inform on the atmospheric concentrations of carbon monoxide (CO), focussing on three key studies: 1) an assessment of the radiometric accuracy of the instrument; 2) the development of the University of Leicester IASI Retrieval Scheme (ULIRS) to convert measured radiances into a CO product; and 3) an investigation into the reliability and possible use of the ULIRS product. An intercomparison between the radiances as measured by the IASI and Advanced Along Track Scanning Radiometer (AATSR) instruments is performed, and absolute differences at 11 µm of less than 0:1K are observed. Given the radiometric behaviour across the IASI instrument as a whole, it is also concluded that the IASI instrument is radiometrically accurate to < 0.3K in the 12 and 4.7 µm spectral regions. A retrieval scheme, the ULIRS, is developed with explicit digital elevation and emissivity information, and a correction for solar surface reflection with a high resolution solar spectrum. Typical random errors over the African region relating to the profiles are found to be ~10% at 5 and 12 km, and on the total columns to be ~12 %. The ULIRS dataset and the operational CO products from the Measurements Of Pollution In The Troposphere (MOPITT) are inter-compared. A methodology which uses the same a priori statistics, and which reduces the smoothing bias between the two sets of data shows that there is only a small bias between the ULIRS and MOPITT V4 products. A simplified top-down approach to estimating CO emissions from fires is also presented, highlighting the need for a better understanding of the correct detection of burnt area from space-based measurements.

Les feux de végétation émettent de grandes quantités de composés azotés dans l'atmosphère, parmi lesquels l'ammoniac (NH3). Malgré les nombreuses études réalisées au cours des précédentes décennies, ces émissions sont toujours sujettes à de grandes incertitudes. Si les mesures in situ et par avion sont utiles à des échelles locales pour étudier les sources de NH3, elles ne permettent en revanche pas de rendre compte de sa variabilité sur une plus large échelle. Depuis quelques décennies, des sondeurs à haute résolution spectrale embarqués à bord de satellites offrent la possibilité de mesurer directement les concentrations de différents gaz en traces dans l'atmosphère sur des échelles locales à globales. C'est le cas notamment du sondeur Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI) qui fournit une couverture globale bi-journalière de la Terre avec un grand échantillonnage spatial et temporel et dont les mesures sont centrales dans cette thèse.Ce travail a pour objectif l'étude de la contribution des feux de végétation aux émissions atmosphériques de NH3 à partir des mesures du sondeur IASI. Plus précisément, il vise à répondre aux questions suivantes: (1) Quelle est la part des feux dans les émissions de NH3 dans différentes régions du globe et différents biomes? Quelle est la fiabilité des inventaires d'émissions pour celles-ci? (2) Quelle est la variabilité intra- et interannuelle du NH3 d'origine pyrogénique et comment est-elle reliée à celle d'autres composés azotés et carbonés? Peut-on détecter dans les variabilités une dépendance à certains facteurs climatiques? (3) Peut-on isoler un cycle diurne des émissions de NH3 par les feux?Cette étude est rendue possible grâce au développement d'une nouvelle méthode de restitution des colonnes de NH3 particulièrement sensible, reposant sur le calcul d'un indice spectral HRI (représentatif de la force du signal de NH3 dans le spectre IASI) et sur sa conversion en une valeur de colonne à partir d'un réseau de neurones. La grande force d'un réseau de neurones réside dans sa capacité à intégrer plusieurs centaines de paramètres en entrée sans toutefois nécessiter une importante puissance de calcul. Ceci nous permet, notamment, de considérer l'état complet de l'atmosphère pour la restitution, réduisant ainsi les dépendances résiduelles sur le HRI.Pour notre étude, nous nous focalisons tout d'abord sur les mesures de NH3 au-dessus de larges régions tropicales. L'analyse de longues séries temporelles des colonnes de NH3 montre une bonne correspondance générale avec la puissance radiative dégagée par les feux, en particulier pour la région du centre de l'Amérique du Sud où une grande variabilité interannuelle est observée, mettant en évidence l'influence du phénomène El Niño sur l'activité des feux et les émissions de NH3 dans cette région. Nous dérivons ensuite, pour ces régions tropicales, les émissions de NH3 à l'aide d'un modèle simple "boite" que nous comparons aux émissions données par les inventaires d'émissions pyrogéniques "bottom-up" GFASv1.2 et GFEDv4.1. Si la correspondance temporelle des maxima d'émission est généralement bonne, les émissions dérivées des mesures IASI sont en revanche nettement supérieures à celles des deux inventaires. Nous calculons également pour les régions tropicales des rapports d'émission de NH3 par rapport à CO (également mesuré par IASI) (ER_{NH3/CO}) pour plusieurs biomes et nous analysons leurs variabilités spatiale et temporelle. Nous observons de grandes différences dans les ER_{NH3/CO}, d'une part, entre les biomes étudiés et, d'autre part, au sein d'un biome donné pour les différentes régions et années (2008-2015). Ces différences sont attribuées à des différences dans le type de combustible et dans les conditions de combustion. La comparaison avec les rapports d'émission rapportés dans la littérature, généralement à partir de mesures in situ ou par avion, montre quant à elle une assez bonne correspondance pour les différents biomes étudiés.Nous poursuivons notre analyse en nous intéressant à deux cas de feux particulièrement intenses s'étant produits en Indonésie en 2015 et dans le Nord canadien en 2014. Pour ces deux événements, nous calculons des ER_{NH3/CO} et nous dérivons un temps de vie pour NH3 à partir de l'analyse de panaches de feux transportés. Nous trouvons un temps de vie moyen de 21.5h pour les feux d'Indonésie de 2015, environ deux fois supérieur à celui calculé pour les feux de 2014 au Canada. Pour les feux d'Indonésie, nous dérivons également des facteurs d'émission de NH3 (EF_NH3) à partir d'une estimation des émissions totales de NH3 pour cet événement. Ceux-ci se révèlent largement inférieurs à ceux utilisés dans l'inventaire GFASv1.2 et expliquent l'importante surestimation des émissions de NH3 dans GFASv1.2 comparé à celles dérivées de IASI. Finalement, nous terminons ce travail par la présentation de résultats préliminaires suggérant la mise en évidence d'un cycle diurne dans les émissions de NH3 par les feux. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Observé quotidiennement par des instruments à bord de satellites depuis les années 2000, le monoxyde de carbone (CO) est utilisé comme un traceur du transport de la pollution du fait de sa longue durée de vie (1 à 2 mois) dans la troposphère. Ce gaz est émis principalement par les activités anthropiques (transport, chauffage, industrie) et par les feux (naturels ou provoqués pour le brûlage de la biomasse). Le CO joue un rôle central dans la chimie troposphérique car il est détruit par le radical OH, et régule dès lors la capacité oxydante de l'atmosphère. La première partie de mon travail de thèse a consisté à valider les mesures de CO obtenues par l'instrument en occultation solaire ACE-FTS, en utilisant des observations indépendantes d'instruments sol, avion et satellite. Le deuxième volet de mon travail repose sur les données obtenues par la mission IASI, lancée en 2006 à bord du satellite MetOp-A. Nous disposons de 6 ans de données CO IASI qui sont utilisées afin d'étudier les épisodes de feux, de suivre les panaches de pollution lors de campagnes de mesures, d'établir des tendances, d'élaborer des prévisions de pollution (projet MACC), ou encore d'améliorer les inventaires d'émission. Mes travaux de thèse ont surtout concerné l'étude des variabilités temporelles et spatiales, et j'ai contribué à la validation des restitutions qui sont distribuées à une large communauté d'utilisateurs scientifiques. Enfin, le dernier volet de mon travail a consisté à quantifier et expliquer les différences entre les produits CO de MOPITT et de IASI, qui se place comme son successeur. Le poids du choix des hypothèses a priori inhérent aux algorithmes d'inversion est étudié : un nouveau produit MOPITT utilisant le profil et la matrice de variance-covariance a priori de IASI a été élaboré. Alors que les colonnes totales de ce nouveau produit se comparent bien au produit initial, l’influence du profil mais surtout de la matrice de variance-covariance a priori (qui autorise plus ou moins de variabilité lors de l’inversion) est démontrée lors de l’étude des profils. / Carbon monoxide (CO) is measured from space since the year 2000 by several instruments. CO plays an important role in atmospheric chemistry and climate as it is the largest sink of the hydroxyl radical (OH), and thus impacts the oxidizing power of the atmosphere and the concentrations of greenhouse gases (such as methane and ozone). CO is mainly formed by the incomplete combustion of fossil, bio-fuels and biomass burning. Due to its long lifetime (1 to 2 months) it is therefore used as a pollution tracer in the troposphere.The first part of this PhD work consists of validating CO measurements from the limb- viewing ACE-FTS instrument using a set of independent data measured by instruments onboard aircraft, satellites and at ground-based stations.The second part of my work consists of studying the temporal and spatial variability of CO and focuses on studying 6 years of CO data measured by IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer), launched in 2006 onboard the MetOp-A satellite. I contributed to the validation of the retrieved data, which are now widely distributed to the scientific community, with different applications. For example the study of fire events, the follow-up of pollution plumes during measurements campaigns, building inter-annual trends, generating pollution forecasts (MACC project), and improving emission inventories.The last part of my PhD work consists of quantifying and explaining the differences between MOPITT (Measurements Of Pollution In The Troposphere) and IASI CO products. Due to the fact that IASI will likely outlive MOPITT, it is essential to evaluate the CO retrievals from these instruments against each other. I studied the impact of the a priori assumptions choice which is a major component of the retrieval algorithms. A new MOPITT product using IASI a priori profile and covariance matrix is built. Total CO columns of this new product are globally in good agreement with the initial MOPITT product. Local differences are investigated and shown to be due to the influence of the a priori profile and mainly its a priori covariance matrix which can be seen when studying the shape of the retrieved profiles.

Afin de mieux comprendre les processus responsables de la distribution de l'ozone (O3) dans la haute troposphère (UT) tropicale, cette thèse étudie différents aspects du transport de la pollution depuis les régions sources jusque dans l'UT. La première étude repose sur les observations spatiales IASI qui identifient un évènement de transport de masses d'air enrichies en O3 dans l'UT depuis l'Afrique vers l'Inde. Pour la saison de pré-mousson de tels enrichissement d'O3 dans l'UT au-dessus de l'Océan Indien sont essentiellement attribués à des intrusions stratosphériques. Afin de déterminer son origine des simulations ont été effectuées permettant d'exclure une origine stratosphérique et montrent l'impact prépondérant des NOx produit par les éclairs (LiNOx) en Afrique pour expliquer cet enrichissement d'O3. Cette étude pourra être étendue à d'autres saisons, pour consolider les conclusions obtenues dans le cadre du projet INDOEX. La deuxième partie porte sur l'étude de l'impact d'un système convectif très profond sur la composition de l'UT pendant la mousson asiatique d'été. La simulation avec un traceur passif montre la capacité du système situé le long de l'Himalaya centrale à soulever des masses d'air polluées jusqu'à 100 hPa, altitudes auxquelles la pollution est transportée rapidement par la circulation de l'anticyclone de la mousson asiatique. Confirmant le conduit privilégié de transport vers l'UTLS identifié par Bergman et al. 2013. Cependant l'activation du schéma chimique montre une surestimation des LiNOx produites, un ajustement de leur paramétrisation devra être effectué ainsi que des simulations de sensibilité pour correctement quantifier la production d'O3. Ce travail prend place dans des problématiques actuellement au centre d'une collaboration internationale, ACAM (Atmospheric Composition and the Asian Monsoon) visant à étudier les interactions complexes de la mousson asiatique d'été entre dynamique et chimie, jusqu'à l'échelle du changement climatique. / To better understand the processes controling for the distribution of upper tropospheric (UT) ozone (O3) in the tropics, this thesis examines different aspects of pollution transport from sources regions to UT level, through two case studies that take place in the still debated issues.. First study is based on IASI space observations identified an event of transport of UT enriched O3 air masses from Africa to India. During the pre-monsoon season, events of O3 enrichment in UT above the Indian Ocean were essentially attributed to stratospherics intrusions. Simulations have been used to determine its origin, it excludes a stratospheric origin for the event and indicates a probable important contribution by lightning (LiNOx) that occurs over Africa regions. This study could be extended to the whole region and other seasons with a focus on the spring season in order to complete the conclusions obtained during the INDOEX program. The second part focuses on the characterisation of the impact of a deep convective system upon the UTLS composition during the asian summer monsoon. Simulation with a passive tracer highlights the potential of the convective system located over the central Himalaya foothills, to uplift polluted air masses in UTLS to 100 hPa, where the pollutants are rapidly transported by the asian monsoon anticyclone circulation. In agreement with transport pipe towards the UTLS identified by Bergman et al. 2013. However simulation including reactive chemistry show an overestimation by the model of the amount of LiNOx produced, so an adjustment of their parameterization must be made and sensitivity analysis are foreseen to determine precisely O3 production. This study is established in connection with actual major problematic at the center of general debate of the international collaboration. Like ACAM (Atmospheric Composition and the Asian Monsoon) whose targeting the complexe interaction of asian summer monsoon to atmospheric dynamics and chemistry, as well as climate change impact.

Observé quotidiennement par des instruments à bord de satellites depuis les années 2000, le monoxyde de carbone (CO) est utilisé comme un traceur du transport de la pollution du fait de sa longue durée de vie (1 à 2 mois) dans la troposphère. Ce gaz est émis principalement par les activités anthropiques (transport, chauffage, industrie) et par les feux (naturels ou provoqués pour le brûlage de la biomasse). Le CO joue un rôle central dans la chimie troposphérique car il est détruit par le radical OH, et régule dès lors la capacité oxydante de l'atmosphère. La première partie de mon travail de thèse a consisté à valider les mesures de CO obtenues par l'instrument en occultation solaire ACE-FTS, en utilisant des observations indépendantes d'instruments sol, avion et satellite. Le deuxième volet de mon travail repose sur les données obtenues par la mission IASI, lancée en 2006 à bord du satellite MetOp-A. Nous disposons de 6 ans de données CO IASI qui sont utilisées afin d'étudier les épisodes de feux, de suivre les panaches de pollution lors de campagnes de mesures, d'établir des tendances, d'élaborer des prévisions de pollution (projet MACC), ou encore d'améliorer les inventaires d'émission. Mes travaux de thèse ont surtout concerné l'étude des variabilités temporelles et spatiales, et j'ai contribué à la validation des restitutions qui sont distribuées à une large communauté d'utilisateurs scientifiques. Enfin, le dernier volet de mon travail a consisté à quantifier et expliquer les différences entre les produits CO de MOPITT et de IASI, qui se place comme son successeur. Le poids du choix des hypothèses a priori inhérent aux algorithmes d'inversion est étudié : un nouveau produit MOPITT utilisant le profil et la matrice de variance-covariance a priori de IASI a été élaboré. Alors que les colonnes totales de ce nouveau produit se comparent bien au produit initial, l'influence du profil mais surtout de la matrice de variance-covariance a priori (qui autorise plus ou moins de variabilité lors de l'inversion) est démontrée lors de l'étude des profils.

Les observations satellitaires contribuent désormais à la surveillance de la composition troposphérique et à la prévision de la qualité de l'air, en fournissant une information quantitative sur l'ozone et ses précurseurs. L'objectif de ces travaux de thèse a été d'exploiter le couplage entre les observations satellitaires IASI, qui a été lancé à bord du satellite MetOp en octobre 2006, et le modèle CHIMERE, afin de documenter l'amélioration de la prévision de la qualité de l'air. Ces travaux s'appuient d'abord sur l'inversion des concentrations d'ozone à partir des spectres infrarouges mesurés par l'instrument IASI pour restituer des colonnes totales d'ozone et des colonnes partielles d'ozone notamment dans la troposphère. Ces mesures ont été validées par des observations indépendantes : les colonnes totales sont comparées à des mesures ultra-violettes fournies par l'instrument satellitaire GOME-2 (également à bord du satellite MetOp) et les instruments au sol du réseau Brewer-Dobson mais également des mesures infrarouges (TES et AIRS). Les colonnes partielles sont, elles, comparées à des mesures de ballons sonde. Un autre volet de mes travaux de thèse consiste à préparer l'assimilation des données IASI dans le modèle CHIMERE, en utilisant un Filtre de Kalman d'Ensemble. Cette méthode permet d'établir les covariances des erreurs du modèle à partir d'un ensemble de différentes configurations du modèle. Dans ce contexte, un travail sur la construction d'un ensemble reflétant au mieux la réalité a été entrepris. La qualité de l'ensemble a été évaluée, dans la dimension verticale et en surface, à partir de différents outils, qui reposent tous sur des comparaisons aux observations.

(English)Ozone is one of the most important greenhouse gases in terms of radiative forcing, as aresult of increasing in its precursor emissions since pre-industrial times. Until recently,the ozone radiative forcing calculations were entirely model based, exhibiting high uncertaintiesand a large spread in model values, as shown in the Intergovernmental Panelon Climate Change, Assessment Report 5. Satellite sounders operating in the infrarednow offer the possibility to infer directly the longwave radiative effect (LWRE) of ozone.The hyperspectral measurements allow to retrieve a vertical profile of ozone, and also thevertical distribution of the LWRE, apart from its column integrated value. The separationbetween troposphere and stratosphere allows to better constrain model estimates ofozone radiative forcing, but also support the predictions for its future evolution.In this thesis, a new method for calculating the ozone LWRE is presented, by exploitingthe measurements of the Infrared Atmospheric Sounding Interferometer on board theMetop satellites. The method is based on the calculation of the Instantaneous RadiativeKernel (IRK), which implies the angular integration of the radiance (inthe 9.6 μm band) at the top of the atmosphere using a Gaussian Quadrature. This quantityis transformed into a radiative flux density (the LWRE) by multiplicationwith the ozone profile retrieved by FORLI, for each atmospheric scene. The LWRE calculationmethod is applied to IASI non-cloudy scenes, for day and night, for the periodof 01/10/2007 to 31/12/2016. The results are analyzed separately for the total column ofozone, and for its tropospheric and stratospheric components; they are compared to estimationsdetermined independently from the TES (Tropospheric Emission Spectrometer)measurements on-board Aura, and from three state-of the-art chemistry-climate models.The discussion of the results is focused then on the spatial and temporal variability ofthe LWRE in the troposphere and stratosphere, as well as the on the trends over 9 yearsof measurements.(French)L’ozone est actuellement l’un des gaz à effet de serre les plus importants en terme de forçage radiatif ;sa contribution est liée à l’augmentation des émissions de ses précurseurs depuis l’époque préindustrielle. Jusqu’à récemment, le calcul du forçage radiatif de l’ozone était entièrement basé sur des modèles et était sujet à de grandes incertitudes, qui se révèlent notamment par la large gamme des valeurs calculées et intégrées dans le Cinquième Rapport d’Évaluation du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC). Les sondeurs embarqués sur des satellites et travaillant dans le domaine de l’infrarouge thermique donnent aujourd’hui la possibilité de directement mesurer l’effet radiatif de l’ozone au niveau de la radiation infrarouge sortante. La possibilité qu’offrent les mesures hyperspectrales pour restituer un profil vertical d’ozone permet par ailleurs de fournir la distribution verticale du forçage radiatif, au-delà se valeur intégrée sur la colonne atmosphérique. La séparation entre la troposphère et la stratosphère est importante en particulier pour contraindre les estimations des modèles mais aussi pour prédire l’évolution future du forçage radiatif. Dans cette thèse, nous présentons une méthode de calcul de l’effet radiatif de l’ozone qui exploite les mesures de l’Interféromètre Atmosphérique de Sondage dans l’Infrarouge (IASI) à bord des satellites Metop en orbite polaire. La méthode se base sur le calcul, pour chaque mesure de IASI, d’une grandeur appelée Instantaneous Radiative Kernel (IRK), impliquant l’intégration angulaire de la radiance (dans la bande d’absorption d’ozone centrée à 9.6µm) au sommet de l’atmosphère via une quadrature de Gauss. Cette quantité est transformée en une densité de flux radiatif (appelée Longwave Radiative Effect, LWRE) par multiplication par le profil d’ozone restitué par le logiciel FORLI, pour la scène atmosphérique en question. La méthode du calcul du LWRE est appliquée aux scènes non nuageuses de IASI, de jour comme de nuit, pour la période du 01/10/2007 au 31/12/2016. Les résultats sont analysés séparément pour la colonne totale d’ozone mais également pour ses composantes troposphériques et stratosphériques ;ils sont comparés aux estimations déterminées de façon indépendantes des mesures de l’instrument TES (Tropospheric Emission Spectrometer) sur AURA. La discussion de nos résultats se focalise ensuite sur la variabilité spatiale et temporelle du LWRE dans la troposphère et la stratosphère ;des résultats préliminaires concernant les tendances sur les 9 années de mesures sont fournis. Le manuscrit est structuré en différentes parties. Après une série de chapitres introductifs décrivant les bases nécessaires à ce travail, nous présentons l’instrument IASI et l’algorithme FORLI dédié à la restitution des concentrations d’ozone. La méthode de calcul du LWRE, au centre de notre travail de recherche, est décrite avec ses fondements mathématiques dans un chapitre dédié. Les distributions spatiales et verticales du LWRE, ainsi que son évolution temporelle sur 9 ans, d’une part pour l’effet radiatif de l’ozone total et d’autre part pour sa contribution troposphérique/stratosphérique sont discutées dans les derniers chapitres, qui incluent également une brève comparaison des estimations du LWRE par trois modèles de chimie-climat différents. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les données satellitaires représentent aujourd'hui la vaste majorité des observations assimilées dans les modèles de prévision numérique du temps. Leur exploitation reste cependant sous-optimale, seulement 10% du volume total est assimilé en opérationnel. Environ 80% des données infrarouges étant affectées par les nuages, il est primordial de développer l'assimilation des observations satellitaires dans les zones nuageuses. L'exploitation du sondeur hyperspectral infrarouge IASI a déjà permis une amélioration des prévisions météorologiques grâce à sa précision et son contenu en information jamais inégalés. Son utilisation dans les zones nuageuses reste cependant très complexe à cause de la forte non-linéarité des processus nuageux dans l'infrarouge. Cette thèse propose donc une méthode permettant d'exploiter au mieux les observations nuageuses du sondeur IASI. Un modèle de transfert radiatif avancé utilisant les propriétés microphysiques du nuage a été évalué. Cette méthode présente l'avantage majeur d'utiliser les profils de condensats nuageux produits par les modèles de prévision. Grâce à ce nouveau schéma, les profils de contenus en eau nuageuse ont pu être inversés avec succès à partir des observations IASI et d'un schéma d'assimilation variationnelle uni-dimensionnel (1D-Var). L'impact de ces observations en termes d'analyse et d'évolution des variables nuageuses dans le modèle de prévision a aussi été évalué. Cette étude est une première évaluation du choix des variables de contrôle utilisées lors des inversions. Un modèle simplifié uni-colonne du modèle de prévision AROME a permis de faire évoluer les profils analysés par le 1D-Var sur une période de trois heures. Des résultats prometteurs ont montré la bonne conservation de l'incrément d'analyse pendant plus d'une heure et demie de prévision. La formation des systèmes fortement précipitants étant fortement liée aux contenus en eau nuageuse, ces résultats encourageants laissent entrevoir des retombées majeures pour la prévision des évènements de pluie intense et les applications de prévision numérique à très courte échéance. / Nowadays, most data assimilated in numerical weather prediction come from satellite observations. However, the exploitation of satellite data is still sub-optimal with only 10 to 15% of these data assimilated operationally. Keeping in mind that about 80% of infrared data are affected by clouds, it is a priority to develop the assimilation of cloud-affected satellite data. The hyperspectral infrared sounder IASI has already contributed to the improvement of weather forecasts thanks to its far better spectral resolution and information content compared to previous instruments. The use of cloud-affected IASI radiances is still very complicated due to the high non-linearity of clouds in the infrared. This PhD work suggests an innovative way to take advantage of cloud-affected radiances observed by IASI. An advanced radiative transfer model using cloud microphysical properties has been evaluated. This method has the advantage of using cloud water content profiles directly produced by numerical weather prediction models. Thanks to this new scheme, profiles of cloud water contents have been successfully retrieved from IASI cloud-affected radiances with a one dimensional variational assimilation scheme (1D-Var). The impact of these data in terms of analysis and evolution of cloud variables has been evaluated in a numerical weather prediction model. This study is the first step in evaluating the choice that has been made for the control variables used during the retrievals. A simplified one-dimensional version of the AROME model was used to run three-hour forecasts from the 1D-Var analysed profiles. Promising results have shown a good maintenance of the analysis increment during more than one hour and a half of forecast. In regard to these encouraging results, a positive impact on nearcasting applications and forecasts of heavy rainfall events, which are highly coupled to cloud variables, can be expected in the future.

Les objectifs de cette thèse sont la validation d'une méthodologie de détermination de la température de surface (LST) et de l'émissivité de surface (LES) à partir des radiances hyperspectrales du capteur IASI à bord du satellite METOP. Il s'agit de montrer la possibilité d'extraire ces deux paramètres d'un signal hyperspectral IRT télédétecté dans une approche physique. Le domaine spectral d'étude s'étend de 750 à 1250 cm-1 (8 à 13,3 μm) et la résolution spectrale est de l'ordre du 0,25 cm-1, inscrivant ainsi ce travail dans le giron de la radiométrie à très haute résolution spectrale infrarouge. Après une étude des méthodes de séparation existantes, la méthode SpSm (Spectral Smothness), est validée. Une étude de sensibilité aux erreurs aux bruits atmosphérique et instrumental est menée. La méthode SpSm est appliquée aux données IASI en conditions réelles pour l'année 2008 dans une zone spatiale couvrant l'Europe et le Nord d' Afrique. Les résultats sont validés d'une part avec les produits MODIS et SEVIRI, et d'autre part avec les paramètres température et émissivité obtenus à partir des radiances SEVIRI et l'algorithme TISI.