Cette thèse est une contribution au thème crucial de l'impact climatique de la matière particulaire dans l'atmosphère, dont on soupçonne qu'il pourrait être du même ordre que l'effet de serre des gaz, mais peut-être de signe opposé. L'outil central de ce travail est le modèle météorologique RAMS. Ce travail exploite les rares données de terrain disponibles dans cette région, données indispensables pour la validation des calculs par modèle. Sur la base d'un DPM validé en Afrique, nous proposons ainsi un cadastre d'émission éolienne de poussières désertiques 1°X1° recouvrant les zones désertiques et semi-arides en Mongolie et Chine du Nord. Cette source est validée par l'étude d'une forte tempête de poussieres minérales datant d'Avril 1998. Nous montrons ensuite son aptitude à restituer en détail un épisode de tempête de sable enregistré au printemps 2002 en un site expérimental de la campagne ACE-ASIA. Enfin nous couplons le transport atmosphérique des poussières désertiques issues de ce cadastre avec les émissions de certains des gaz et aérosols les plus représentatifs des émissions anthropiques de polluants en Asie de l'Est. Les processus de transport et de chimie très simplifiés appliqués aux BC (particules carbonées) et au SO2 aboutissent à des mélanges et des captures quantifiables de sulfates par les poussières minérales. Les calculs d'épaisseurs optiques caractéristiques de chaque polluant dans les mélanges sont en bon accord avec les données photométriques (Lidar, AERONET, etc.) et permettent de conclure que le parti pris de notre méthode simplificatrice donne une approche des observations à la fois correcte et aisément interprétable par le nombre réduit des paramètres choisis

Cette thèse présente l'étude d'un système convectif à méso-échelle (MCS), observé à Niamey (Afrique de l'Ouest) au cours de la campagne AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine) en 2006, à l'aide d'un modèle numérique à méso-échelle (BRAMS). L'objectif est de documenter le cycle de vie de ce type de système nuageux complexe et de caractériser les processus microphysiques prépondérants à l'aide d'observations synthétiques. Pour cela, plusieurs simulateurs d'instruments de télédétection ont été couplés aux sorties du modèle afin de créer un jeu de données qui soit comparable aux observations réalisées durant la campagne (au sol, aéroportées et satellitaires) : un radar à 95 GHz (facteur de réflectivité équivalente et vitesse Doppler), un lidar à 532 nm (coefficient de rétrodiffusion atténué) et un radiomètre infrarouge (températures de brillance à 8.7, 10.6, et 12 µm). Les comparaisons directes et statistiques ont mis en évidence l'importance de l'utilisation d'un schéma microphysique à deux moments pour la restitution de ce type de système. La caractérisation à méso-échelle de ce MCS a été effectuée en utilisant une méthode originale de discrimination des parties convectives, stratiformes et cirriformes à partir des températures de brillance et des réflectivités radar. L'analyse statistique des champs de température de brillance a permis de vérifier que le modèle BRAMS représente de façon réaliste le cycle de vie du MCS étudié. Dans le cadre d'une analyse à petite échelle, les comparaisons entre les réflectivités radar et les vitesses Doppler (observées et simulées) ont montrées que le processus de givrage était surestimé par le modèle même dans la partie stratiforme du MCS. L'étude des différents échanges entre classes d'hydrométéores a permis de mettre évidence le fait que les agrégats givrés, souvent observés, n'étaient pas correctement restitués par le modèle. Un ajustement de la paramétrisation de deux classes d'hydrométéores glacés (agrégat et graupel) est donc nécessaire. Le paramètre de forme des lois gamma utilisées pour représenter la distribution en taille de ces hydrométéores, ainsi que les coefficients des lois masse-diamètre doivent être modifiés afin de mieux représenter la gamme des densités observées in situ. Néanmoins, la variabilité des distributions en tailles calculées à partir des 7 classes d'hydrométéores dans cette partie de l'enclume est en accord avec les distributions observées in situ.

La transition extra-tropicale est la transformation d'un cyclone tropical en cyclone extra-tropical lors de sa migration vers les latitudes moyennes. Au cours de son interaction avec son nouvel environnement barocline, le cyclone peut se réintensifier par des processus dynamiques et diabatiques complexes. Il peut également avoir un impact en aval par le renforcement d'un train d'ondes de Rossby, qui se propage rapidement et dont le déferlement est souvent à l'origine d'événements extrêmes. La complexité des processus dynamiques et diabatiques de la transition extra-tropicale conduit alors à une réduction de la prévisibilité en aval. Les ouragans Florence et Hélène en Atlantique Nord ont ainsi contribué au déclenchement des événements extrêmes de septembre 2006 en Méditerranée, respectivement un épisode de précipitations intenses et un phénomène plus rare, un méditerragan (ouragan méditerranéen). Hélène s'est distinguée de Florence par des processus diabatiques prépondérants au cours de sa réintensification sur un océan plus chaud, ce qui lui a permis de conserver des caractéristiques tropicales. Ses trois réintensifications en trois jours induites par l'étirement de trois filaments de tourbillon potentiel, ajoutées au développement du méditerragan en aval, font d'Hélène un cas exceptionnel. Les deux événements extrêmes en Méditerranée étaient absents de la prévision déterministe à moyen terme. L'incertitude dans la représentation des processus diabatiques a été examinée car ceux-ci contrôlent l'impact des ouragans sur les ondes de Rossby. Pour la première fois, des simulations ont été réalisées avec le modèle Méso-NH sur un grand domaine avec une résolution explicite de la convection profonde, tirant parti de la parallélisation massive du modèle. Une faible sensibilité à la résolution horizontale du modèle a été trouvée dans les précipitations des ouragans, donc dans leur impact sur les ondes de Rossby et sur les événements extrêmes en Méditerranée. La trajectoire d'Hélène a par contre montré une forte sensibilité à sa synchronisation avec le train d'ondes de Rossby, influencée par la résolution horizontale du modèle. Cette forte sensibilité a été retrouvée dans les prévisions d'ensemble du Centre Européen pour la Prévision Météorologique à Moyen Terme, où le développement du méditerragan a requis la synchronisation d'Hélène avec le train d'ondes de Rossby. La perturbation ciblée des conditions initiales autour d'Hélène et du thalweg en amont a suffi à prévoir le méditerragan à une échéance de 108 h dans une simulation Méso-NH. Ces résultats montrent l'impact possible de transitions extra-tropicales en Atlantique Nord, qui surviennent à la même saison que la plupart des épisodes de précipitations intenses en Méditerranée. La réduction de l'incertitude dans la prévision de la transition extra-tropicale est donc un des enjeux de l'amélioration de la prévision d'événements extrêmes d'automne en Méditerranée.

L'océan côtier est le siège de nombreux processus physiques d'échelles variées ; les attentes du public y sont nombreuses. Il convient d'améliorer notre connaissance de cette zone complexe, par la modélisation et la collecte de données. Les modèles numériques sont utiles à la conception de réseaux d'observation, car ils constituent une représentation de la réalité riche en informations sur la zone. Les méthodes d'ensemble permettent de représenter les statistiques d'erreurs du modèle, qu'un réseau performant sera capable de détecter ou de contraindre.<br />Dans un premier temps, nous assimilons à l'aide d'un filtre de Kalman d'ensemble des données simulant les mesures d'un altimètre à fauchée dans un modèle barotrope en Mer du Nord. La mesure de la pente de surface de la mer permet de mieux représenter les courants et étend le domaine d'influence des observations. Le roulis du satellite induit une corrélation dans les erreurs d'observation le long de la trace, qui s'il est pris en compte dans le schéma d'assimilation ne remet pas en cause l'apport de l'instrument.<br />Dans un second temps, nous développons une technique d'analyse de performances de réseaux d'observation, qui permet de définir un critère quantitatif de discrimination de divers réseaux ainsi qu'une analyse qualitative permettant de comprendre l'impact du réseau considéré sur toutes les dimensions du modèle. A l'aide d'un modèle 3D du Golfe de Gascogne, cette technique nous permet de démontrer les capacités d'un altimètre à fauchée à observer la dynamique méso échelle de l'océan côtier, ainsi que l'apport de mesures de courant dans la conception d'une campagne de mesures, et enfin l'apport de données marégraphiques.

A partir d'un ensemble de données d'observation ainsi qu'un modèle couplé physiquebiogéochimique à haute résolution (CROCO-PISCES), cette thèse explore les processus biophysiques associés à l’une des plus grandes floraisons phytoplanctoniques de l’océan global, au Sud-Est de Madagascar, et le possible rôle des tourbillons sur ces blooms. L’étude montre que ce phénomène se produit dans une région caractérisée par une couche de mélange peu profonde, avec des eaux de surface moins salées probablement associées au courant Sud-Est de Madagascar (SEMC), et avec une structure dipolaire dans la circulation moyenne. Les observations ont révélé une diminution des remontées d’eaux froides (upwelling) le long des côtes sud-est de Madagascar pendant les mois de bloom. Dans le modèle, les nitrates provenant des niveaux de subsurface (advection verticale ; upwelling) ainsi que de la côte malgache (advection horizontale) favorisent la production phytoplanctonique simulée. Une expérience lagrangienne de particules montre une plus forte advection de ces dernières dans la zone de floraison pendant les périodes de bloom alors qu’elles sont déviées vers le sud de Madagascar vers le continent Africain pendant les années sans floraison. Une étude est réalisée à partir d’un jeu de données de suivi des tourbillons co-localisés avec des flotteurs de profilage Argo, pour mieux comprendre des tourbillons intensifiés en surface et subsurface. Une méthode d’identification des structures tourbillonnaires de subsurface a été mise en place en se basant sur l’anomalie de la hauteur dynamique stérique. Ces tourbillons, appelés ‘SIDDIES’ (South Indian ocean eDDIES), se produisent en tant que tourbillon intensifié en surface (surfSIDDIES) et en subsurface (subSIDDIES). Ils se déplacent le long d’une bande de latitude située entre 15°S et 35°S appelée « couloir SIDDIES ». Au cours de leurs déplacements, les subSIDDIES cycloniques (anticycloniques) transportent via les processus d’advection, des masses d’eaux chaudes et peu salées de l’Est vers l’Ouest de l’Océan Indien, contribuant ainsi à environ 58% (32%) du flux total de chaleur par tourbillons dans le sud de l'océan Indien. / Using observational datasets and a high resolution coupled biophysical model (CROCOPISCES), the main aims of this thesis is to study the biophysical processes associated with one of the largest phytoplankton blooms in global ocean, southeast of Madagascar, and the possible role of mesoscale eddies.The study has shown that the bloom occurs in a region of shallow-stratified mixed layer water, with low-salinity waters at the surface possibly associated with the South-East Madagasacar Current (SEMC), and dipole structure in the mean circulation. Observations show that curren-driven upwelling south of Madagascar is reduced during bloom months. It is shown in the model that nitrate from subsurface levels (upwelling) as well as from the Madagascan coast (advection) fertilize the simulated bloom. A Lagrangian analysis shows dispersion of higher percentages of particles in the bloom region during bloom years and south of Madagascar during non-bloom years.Using co-located Argo profiles and an eddy detected algorithm dataset, surface and subsurface-intensified eddies are studied. Subsurface eddies are identified using a detection method based on their steric dynamic height anomaly. Referred to as `SIDDIES’ (South Indian ocean eDDIES), they occur as surface (surfSIDDIES) or subsurface (subSIDDIES) and propagate along a latitudinal band (15°S-35°S) termed as `SIDDIES Corridor’. Advecting warm and fresh water during their propagation, cyclonic (anticyclonic) subSIDDIES contribute about 58% (32%) of the total eddy-heat flux in the South Indian Ocean.

Nous étudions le rôle des processus océaniques à petite échelle dans la formation et transformation des eaux de surface et intermédiaires qui participent à l’échange Indo- Atlantique à travers le Bassin du Cap. La dynamique de cette région est caractérisée par une forte turbulence et nous montrons l’impact que les structures de méso- ou de sous-méso- échelle, leurs interactions dynamiques et leur variabilité saisonnière ont sur les eaux locales de la thermocline. Une série des simulations numériques, allant de ’eddypermitting’ à ’submesoscale resolving’, souligne l’importance d’une résolution verticale adéquate pour bien représenter les propriétés des masses d’eau.Les tourbillons de Aiguilles sont principalement générés par des instabilités baroclines, et sont caractérisés par une saisonnalité, liée aux différentes instabilités dans les couches supérieures. En été, les instabilités symétriques sont plutôt en jeu, tandis qu’en hiver les instabilités de la couche de mélange prédominent.L’instabilité barocline de Charney connecte ces deux régimes de la sous-méso-échelle et joue un rôle majeur dans la formation saisonnière d’un nouveau type d’eaux modales : l’Agulhas Rings Mode Water.Enfin, on montre que tant les cyclones que les anticyclones transportent et mélangent l’Antarctic IntermediateWater, l’étirement de la méso-échelle produisant des filaments et structures thermohalines très fines.Nos résultats suggèrent l’existence des deux régimes dynamiques qui affectent les couches supérieures et intermédiaires du Bassin du Cap. Près de la surface, la frontogenèse et une énergique sous-méso-échelle conduisent à un régime agéostrophique. Les profondeurs intermédiaires sont caractérisées par un régime quasi-géostrophique due à l’action prédominante de la méso-échelle. / This study addresses the role of oceanic small-scale processes in the formation and transformation of subsurface waters that participate in the Indo-Atlantic interocean exchange.We focus on the Cape Basin dynamics, characterized by a highly non-linear turbulence.We provide qualitative and quantitative evidence of the direct impact that meso- and submesoscale structures, their dynamical interactions and their seasonal variability have on the local thermocline and intermediate waters. A sequence of numerical simulations, ranging from ’eddy-permitting’ to ’submesoscale resolving’, underlines the importance of an adequate vertical resolution to correctly depict the water masses properties.We point out that Agulhas eddies are mainly generated through baroclinic instabilities and are marked by a clear seasonality. This is linked to the seasonal occurrence of distinct meso-submesoscale instabilities in the upper layers: symmetric instabilities are at play during summer, while mixed-layer instabilities prevail in winter.We also found that Charney baroclinic instability connects these two submesoscale regimes and plays a major role in the seasonal formation of a newly-identified type of mode waters: Agulhas Rings Mode Water. Finally, we show that eddies of both polarity advect, stir and mix Antarctic Intermediate Water, via the mesoscale strain field producing filaments and T-S fine-scale structures.Our results suggest the existence of two dynamical regimes affecting the upper and intermediate layers of the Cape Basin. Near the surface, the submesoscale-driven frontogenesis and their enhanced energetics lead to a predominance of ageostrophic dynamics. The intermediate depths are, instead, characterised by a quasigesotrophic regime due to the prevailing mesoscale effects.

Le développement de la production d'énergie éolienne nécessite des méthodes précises et bien établies pour l'évaluation de la ressource éolienne, étape essentielle dans la phase avant-projet d'une future ferme. Au cours de ces deux dernières décennies, les modèles d'écoulements linéaires ont été largement utilisés dans l'industrie éolienne pour l'évaluation de la ressource et pour la définition de la disposition des turbines. Cependant, les incertitudes des modèles linéaires dans la prévision de la vitesse du vent sur terrain complexe sont bien connues. Elles conduisent à l'utilisation de modèles CFD, capables de modéliser les écoulements complexes de manière précise autour de caractéristiques géographiques spécifiques. Les modèles méso-échelle peuvent prédire le régime de vent à des résolutions de plusieurs kilomètres mais ne sont pas bien adaptés pour résoudre les échelles spatiales inférieures à quelques centaines de mètres. Les modèles de CFD peuvent capter les détails des écoulements atmosphériques à plus petite échelle, mais nécessitent de documenter précisément les conditions aux limites. Ainsi, le couplage entre un modèle méso-échelle et un modèle CFD doit permettre d'améliorer la modélisation fine de l'écoulement pour les applications dans le domaine de l'énergie éolienne en comparaison avec les approches opérationnelles actuelles. Une campagne de mesure d'un an a été réalisée sur un terrain complexe dans le sud de la France durant la période 2007-2008. Elle a permis de fournir une base de données bien documentée à la fois pour les paramètres d'entrée et les données de validation. La nouvelle méthodologie proposée vise notamment à répondre à deux problématiques: le couplage entre le modèle méso-échelle et le modèle CFD en prenant en compte une forte variation spatiale de la topographie sur les bords du domaine de simulation, et les erreurs de prédiction du modèle méso-échelle. Le travail réalisé ici a consisté à optimiser le calcul du vent sur chaque face d'entrée du modèle CFD à partir des valeurs issues des verticales du modèle de méso-échelle, puis à mettre en œuvre une assimilation de données basée sur la relaxation newtonienne (nudging). La chaîne de modèles considérée ici est composée du modèle de prévision de Météo-France ALADIN et du code de CFD open-source Code_Saturne. Le potentiel éolien est ensuite calculé en utilisant une méthode de clustering, permettant de regrouper les conditions météorologiques similaires et ainsi réduire le nombre de simulations CFD nécessaires pour reproduire un an (ou plus) d'écoulement atmosphérique sur le site considéré. La procédure d'assimilation est réalisée avec des mesures issues d'anémomètre à coupelles ou soniques. Une analyse détaillée des simulations avec imbrication et avec ou sans assimilation de données est d'abord présentée pour les deux directions de vent dominantes, avec en particulier une étude de sensibilité aux paramètres intervenant dans l'imbrication et dans l'assimilation. La dernière partie du travail est consacrée au calcul du potentiel éolien en utilisant une méthode de clustering. La vitesse annuelle moyenne du vent est calculée avec et sans assimilation, puis est comparée avec les mesures non assimilées et les résultats du modèle WAsP. L'amélioration apportée par l'assimilation de données sur la distribution des écarts avec les mesures est ainsi quantifiée pour différentes configurations / The development of wind energy generation requires precise and well-established methods for wind resource assessment, which is the initial step in every wind farm project. During the last two decades linear flow models were widely used in the wind industry for wind resource assessment and micro-siting. But the linear models inaccuracies in predicting the wind speeds in very complex terrain are well known and led to use of CFD, capable of modeling the complex flow in details around specific geographic features. Mesoscale models (NWP) are able to predict the wind regime at resolutions of several kilometers, but are not well suited to resolve the wind speed and turbulence induced by the topography features on the scale of a few hundred meters. CFD has proven successful in capturing flow details at smaller scales, but needs an accurate specification of the inlet conditions. Thus coupling NWP and CFD models is a better modeling approach for wind energy applications. A one-year field measurement campaign carried out in a complex terrain in southern France during 2007-2008 provides a well documented data set both for input and validation data. The proposed new methodology aims to address two problems: the high spatial variation of the topography on the domain lateral boundaries, and the prediction errors of the mesoscale model. It is applied in this work using the open source CFD code Code_Saturne, coupled with the mesoscale forecast model of Météo-France (ALADIN). The improvement is obtained by combining the mesoscale data as inlet condition and field measurement data assimilation into the CFD model. Newtonian relaxation (nudging) data assimilation technique is used to incorporate the measurement data into the CFD simulations. The methodology to reconstruct long term averages uses a clustering process to group the similar meteorological conditions and to reduce the number of CFD simulations needed to reproduce 1 year of atmospheric flow over the site. The assimilation procedure is carried out with either sonic or cup anemometers measurements. First a detailed analysis of the results obtained with the mesoscale-CFD coupling and with or without data assimilation is shown for two main wind directions, including a sensitivity study to the parameters involved in the coupling and in the nudging. The last part of the work is devoted to the estimate of the wind potential using clustering. A comparison of the annual mean wind speed with measurements that do not enter the assimilation process and with the WAsP model is presented. The improvement provided by the data assimilation on the distribution of differences with measurements is shown on the wind speed and direction for different configurations

La formation des systèmes convectifs est un processus complexe qui s'étend de l'échelle synoptique, avec la mise en place de circulations favorisant la convection, à la micro-échelle, avec les processus de formation et de croissance des hydrométéores. C'est aux échelles les plus fines que se concentre cette thèse dont l'objectif est d'étudier l'apport d'une microphysique complexe sur l'occurrence et la morphologie d'évènements fortement précipitants. La microphysique évaluée est celle du schéma LIMA, de type bulk à deux moments, capable de prendre en compte l'évolution d'une population d'aérosols multimodale et le traitement pronostique de son interaction avec les nuages et les précipitations. Dans un premier temps, l'apport de la microphysique de LIMA est évalué en comparaison à la microphysique bulk à un moment du schéma ICE3, moins sophistiqué et actuellement opérationnel à Météo-France dans le modèle AROME. Afin de mesurer l'apport de ce nouveau schéma sur la simulation de cas fortement précipitants tels que ceux qui touchent régulièrement le sud-est de la France à l'automne, deux cas d'étude de la campagne HyMeX ont été simulés avec Meso-NH et comparés aux nombreuses observations disponibles. Si l'évaluation des cumuls de précipitations montre un impact modéré de l'un ou l'autre des schémas microphysiques, l'écart est plus marqué en terme de composition et de structure des systèmes convectifs : la microphysique à 2 moments développe une structure verticale plus réaliste et introduit plus de variabilité sur les champs microphysiques. L'évaluation a aussi identifié des biais dans le schéma, notamment une surestimation des diamètres de gouttes de pluie. Des pistes d'amélioration de la microphysique de LIMA ont alors été proposées et évaluées sur les mêmes cas. Des tests de sensibilité à l'initialisation de la population d'aérosols ont ensuite été menés. Il s'avère que les aérosols n'affectent pas uniquement les hydrométéores primaires (gouttelettes d'eau nuageuse et cristaux de glace) mais aussi les autres hydrométéores, engendrant des impacts sur le développement des systèmes convectifs simulés, en termes de composition nuageuse et de précipitations. Les simulations avec une population d'aérosols réaliste initialisée à partir des analyses CAMS ont montré un impact modéré sur les cumuls de précipitations mais une amélioration plus significative de l'évolution temporelle du système (intensification, dissipation) et de la composition nuageuse, réduisant le diamètre des gouttes de pluie sur les cas d'étude. / The triggering and growth of Convective systems is a complex process that extends from the synoptic scale, with the establishment of atmospheric circulations promoting convection, to the microscale, with the formation and growth processes of hydrometeors. This PhD focuses on these finest scales and investigates the contribution of complex cloud-microphysics to the occurrence and morphology of heavy precipitation events. The two-moment microphysical scheme LIMA evaluated in this study takes into account the evolution of a multimodal aerosol population and the prognostic treatment of its interaction with liquid and ice clouds and precipitation. First, the contribution of LIMA is evaluated in comparison to the ICE3 one-moment bulk microphysical scheme, which is less sophisticated and currently operational in the AROME model at Météo-France. In order to measure the performance of this new scheme, two case studies of the HyMeX campaign were simulated with the Meso-NH model and compared to a wide variety of available measurements. The assessment of cumulative precipitation shows a moderate impact of each of these microphysical schemes, but the difference is more pronounced in terms of convective systems composition and structure: the two moment microphysics develops a more realistic vertical structure and introduces more microphysical variability. The evaluation also identified biases in the scheme (such as an overestimation of rain drop diameters). Some improvements to the implementation of LIMA were proposed and evaluated on the same cases. Then, the scheme is used to perform a sensitivity test to the aerosol population on the same case studies. Tests on the concentration of idealized populations have shown that aerosols do not only affect primary production of cloud droplets and ice crystals but also precipitating hydrometeors, causing impacts on the development of simulated convective systems in terms of cloud composition and generated precipitation. Simulations based on a realistic aerosol population initialized from CAMS analyses also showed a moderate impact on cumulative precipitation, but a more significant improvement on the temporal evolution of the system (intensification, dissipation) and cloud composition, leading to a reduction of rain drop diameters in the studied cases.

L’étude des propriétés et processus microphysiques caractérisant la phase glace permet de mieux définir le rôle des nuages dans le cycle de l’eau et sur bilan radiatif de l’atmosphère. Les modèles atmosphériques et les codes d’inversion des données de télédétection utilisent des paramétrisations établies à partir de mesures in situ. Ces mesures servent également des besoins industriels en lien avec la problématique du givrage en aéronautique. L’étude présentée se base sur les données de deux campagnes aéroportées réalisées dans le cadre de la collaboration internationale HAIC-HIWC, ciblant les zones à fort contenu en glace que l’on peut observe rau sein des systèmes convectifs à méso-échelle (MCS) tropicaux. Sur la question des relations « masse-diamètre » (m - D) d’abord, une nouvelle approche est présentée. Basée sur la résolution d’un problème inverse, elle permet de restituer la masse des cristaux à partir de mesures colocalisées classiques en s’affranchissant de la traditionnelle hypothèse de loi puissance, et montre que cette dernière ne permet pas de représenter correctement les propriétés massiques de populations de cristaux hétérogènes (morphologie et tailles différentes) typiques des MCS. La variabilité horizontale des distributions de tailles permet d’étudier le vieillissement de l’enclume d’un point de vue microphysique et de souligner le rôle essentiel du processus d’agrégation dans l’élimination des petits cristaux apportés dans la haute troposphère par la convection profonde et dans la formation d’agrégats supra-millimétriques, précurseurs glacés des précipitations stratiformes. Les relations m - D restituées permettent d’identifier des régimes microphysiques distincts et ouvre la voie aux développement d’une paramétrisation de la masse volumique des hydrométéores en fonction de critères environnementaux. / The detailed characterization of ice cloud microphysics is key to understand their role in theEarth’s hydrological cycle and radiation budget. The developement of atmospheric models and remote sensingalgorithms relies on parametrisations derived from in situ measurements. These measurements are also usedby the aviation industry to handle the problem of ice crystal icing. This PhD work presents an analysis of themass and size properties of ice crystals observed in high ice water content areas embedded in tropical mesoscaleconvective systems (MCS) during two airborne field campaigns of the HAIC-HIWC international project.A new approach is developped to derive mass-size relationships (m - D) from size distributions and icewater contents. The retrieval is formulated as an inverse problem which waives the power law constraint, aclassical assumption that proves to be an oversimplification when applied to heterogeneous populations of iceparticules typical of MCS anvils.The horizontal variability of size distributions and the aging of MCS anvils is described in terms of microphysicalprocesses. The importance of the aggregation growth process is emphasized as it efficiently removessmall ice particles brought into the upper troposphere by deep convection and significantly contributes to theformation of large agregates, precusor of the stratiform precipitations. The analysis of mass properties revealsthat distinctive microphysical regimes may be identified from the m-D relationship retrieved in various conditions.It paves the way toward a statistical model of the effective density of ice particles as a function of environmentalparameters.

L'expérience POMME (Programme Océan Multidisciplinaire Méso-échelle) a étudié pendant<br />un an une région de l'Océan Atlantique Nord-Est situé entre les Açores et la Péninsule<br />Ibérique afin de comprendre les processus qui font de cette région l'un des principaux puits de<br />dioxyde de carbone atmosphérique. Ce travail décrit la circulation océanique à méso-échelle dans<br />POMME. Des trajectoires de flotteurs lagrangiens de subsurface et de flotteurs ARGO sont utilis<br />ées pour identifier des structures tourbillonnaires et déterminer leur évolution. Combinées à<br />d'autres observations par analyse objective multi-données, elles fournissent des champs synoptiques<br />de la circulation horizontale, dans lesquels les transports turbulents sont estimés par diagnostics<br />lagrangiens. Une configuration régionale du modèle MICOM a été mise en place pour<br />produire une réanalyse de la circulation dans POMME en assimilant les trajectoires des flotteurs<br />lagrangiens. Des méthodes spécifiques ont été développées pour tenir compte du caractère lagrangien des observations dans des techniques d'assimilation séquentielle et variationnelle