Ces travaux s'articulent autour de la détection et de la prévision des phénomènes turbulents dans la couche limite atmosphérique. Nous proposons tout d'abord une méthode stochastique innovante de reconstruction locale de l'atmosphère. Nous utilisons des systèmes de particules pour modéliser l'écoulement atmosphérique et sa variabilité interne. L'apprentissage des paramètres turbulents et la mise à jour des particules se font à l'aide d'observations mesurées par un lidar Doppler 3D. Nous présentons ensuite une nouvelle méthode de descente d'échelle stochastique pour la prévision de la turbulence sous-maille. A partir du modèle en points de grille Meso-NH, nous forçons un système de particules qui évolue à l'intérieur des mailles. Notre méthode de descente d'échelle permet de modéliser des champs sous-maille cohérents avec le modèle en points de grille. Dans un troisième et dernier temps nous introduisons les problèmes de remontée d'échelle. La reconstruction de l'atmosphère modélise la turbulence dans un volume restreint qui couvre au plus quelques mailles des modèles météorologiques en points de grille. L'objectif de la remontée d'échelle est de construire une méthode d'assimilation de l'atmosphère reconstruite. En utilisant l'algorithme de nudging direct et rétrograde, nous explorons les problèmes liés à la taille du domaine observé. Nous proposons finalement un algorithme de nudging avec apprentissage de paramètre, illustré sur un cas simple. / Our work aims to improve the turbulent phenomena detection and forecast in the atmospheric boundary layer. First, we suggest a new stochastic method to reconstruct locally the turbulent atmosphere. Particle systems are used to model the atmospheric flow and its internal variability. To update particles and lean the turbulent parameters 3D Doppler lidar measurements are used. Then, a new stochastic downscaling technic for sub-grid turbulence forecast is presented. From the grid point model Meso-NH, a sub-grid particle system is forced. Here, the particles evolve freely in the simulated domain. Our downscaling method allows to model sub-grid fields coherent with the grid point model. Next, we introduce the upscaling issue. The atmosphere reconstruction covers at best few cells of meteorological grid point models. The issue is to assimilate the reconstructed atmosphere in such models. Using the back and forth nudging algorithm, we explore the problems induced by the size of the observed domain. Finally we suggest a new way to use the back and forth nudging algorithm for parameter identification.

Il existe aujourd'hui un enjeu sociétal majeur à s'intéresser à la propagation du son en milieu extérieur etnotamment, dans notre contexte, à diminuer l'incertitude sur l'estimation des niveaux sonores et améliorer ainsi laprécision des diverses analyses, du bureau d'étude à l'institut de recherche. Dans le cadre de l'acoustiqueenvironnementale, l'influence des conditions météorologiques sur la propagation acoustique en milieu extérieurpeut être importante. Il est donc nécessaire d'appréhender et de quantifier les phénomènes météorologiques demicro-échelles que l'on observe dans la couche limite atmosphérique.Dans ce but, le modèle météorologique de recherche de Météo-France (Meso-NH) a été utilisé. Après avoircomparé les résultats de ce modèle à très fine résolution (de l'ordre du mètre) à l'aide des bases de données de deuxcampagnes expérimentales (Lannemezan 2005 et la Station de Long Terme), il s'est avéré nécessaire de développercet outil en intégrant la prise en compte de la force de traînée des arbres. Dès lors, les résultats issus de Meso-NH surles champs de vent, de température et d'énergie cinétique turbulente aparraissent satisfaisants. Ces informationssont par la suite utilisées en données d'entrée du modèle de propagation acoustique.Le modèle acoustique temporel utilisé est basé sur la méthode Transmission Line Matrix (TLM). Sondéveloppement a été effectué dans le but d'être appliqué à la propagation acoustique en milieu extérieur : prise encompte du relief, de différents types de sol, des conditions atmosphériques, etc. La validation numérique de laméthode TLM, par comparaison avec d'autres modèles (analytique et numérique de type Equation Parabolique), apermis de montrer la pertinence de son utilisation dans le cadre de l'acoustique environnementale.Enfin, à l'aide de ces modèles, des niveaux sonores simulés sous différentes conditions de propagation(favorables, défavorables, homogènes) ont été comparés aux mesures in-situ réalisées lors de la campagneexpérimentale de Lannemezan 2005. Les résultats se sont avérés très satisfaisants au regard de la variabilité desphénomènes observés. Cependant, l'utilisation des champs issus d'un modèle micro-météorologique de type Meso-NH reste délicate du fait de la forte sensibilité du niveau sonore aux profils verticaux de célérité du son. L'étude defaisabilité sur une expérience plus complexe (la Station de Long Terme) est encourageante et, à condition de disposerd'importants moyens de calculs, elle permet de considérer la TLM comme une nouvelle méthode de référence etainsi, d'envisager d'élargir son domaine d'utilisation à d'autres applications. / Actually, it exists a major societal issue to be interested in outdoor sound propagation and specially, in our context, toreduce the uncertainty in noise levels estimation and thus to improve the analyses accuracy, from engineers toresearch institutes. The influence of meteorology on outdoor sound propagation is significant. It is thereforenecessary to understand and quantify the micro scales phenomena into the atmospheric boundary layer.In this way, the French research meteorological model (Meso-NH) has been used. After comparing resultsof this model at very fine resolution (~1 meter) to measurements issued from the databases of two experimentalcampaigns (Lannemezan 2005 and Long Term Monitoring Station: LTMS), it appeared necessary to develop this toolin order to take into account the drag force of the trees. Finally, the Meso-NH results for the wind, temperature andturbulent kinetic energy fields are satisfactory. Then, theses informations can be used as input data for acousticmodels.Our time domain acoustic model is based on Transmission Line Matrix method (TLM). Its development wasdone in order to be applied to outdoor sound propagation: taking into account topography, soil types, meteorologicalconditions, etc. The numerical validation of the TLM method, by comparison with other models (analytical andnumerical: Parabolic Equation), has shown the relevance of its use in the context of environmental acoustics.Finally, thanks to these models, simulated noise levels in different propagation conditions (downward,upward and homogeneous refraction conditions) were compared to in situ measurements carried out during theLannemezan 2005 experimental campaign. Satisfying results were obtained regarding the observed phenomenavariability. However, using the micro-meteorological model Meso-NH is difficult because of the strong acousticsensitivity to the vertical celerity profiles. A feasibility study on a more complex experience (LTMS) is encouragingand, provided having substantial computing resources, it permits to consider the TLM as an accurate method in thecontext of environmental acoustics.

Les fortes précipitations sont parmi les phénomènes météorologiques les plus dangereux pouvant causer des dégâts matériels, des blessés et des morts. Le programme de recherche HyMeX (Hydrological cycle of the Mediterranean eXperiment) s'intéresse à leur étude sur le bassin méditerranéen et plus particulièrement sa partie nord occidentale. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont porté en particulier sur l'étude des mécanismes associés aux événements de fortes précipitations (High Precipitation Events, HPE) se produisant en Corse. Une climatologie des HPE en Corse sur une durée de 31 ans a été réalisée ainsi que l'étude détaillée de trois HPEs de l'automne 2012 pendant la campagne de mesures d'HyMeX. Ces trois cas d'études sont abordés par le biais de l'analyse des données et par celui de la modélisation. L'étude climatologique a montré que 173 HPEs (caractérisés par plus de 100 mm de précipitations en 24h) se sont produits en Corse sur la période 1985-2015. Ils sont principalement caractérisés par le fait qu'ils affectent plutôt la partie orientale de la Corse, plus particulièrement son orographie. Ces HPEs se produisent surtout de septembre à décembre avec un maximum en octobre. Une analyse en composantes principales a permis de classer ces événements en trois catégories. Les dépressions méditerranéennes chaudes d'automne, celles d'hiver froides, et une catégorie dite mixte associée aux dépressions atlantiques de grande échelle. Les précipitations les plus fortes sont observées quand l'orographie corse fait obstacle à un flux de sud-est chaud et humide. Les cas d'études présentés sont tous les trois différents en terme de mécanismes impliqués. Le cas du 4 septembre 2012 est associé à une dépression stationnaire donnant des précipitations sur toute la Corse avec un maximum sur le littoral et le relief de l'est de l'île. Celui du 31 octobre correspond à une dépression se déplaçant rapidement et induisant une évolution en plusieurs phases associée à un flux de basse couche initialement de sud-est tournant à l'ouest, associé à des précipitations d'abord convectives le long du relief oriental puis évoluant au fur et à mesure en pluies stratiformes sur l'ouest et le sud-est de l'île. Le dernier cas, du 23 octobre, est composé d'une ligne de cellules convectives résultant d'une convergence stationnaire au sud-est, sous le vent de la Corse. Les cellules convectives sont advectées vers l'île par le flux de sud-est de moyenne et haute altitude. Cette configuration permet la stationnarité de la ligne convective, provoquant un épisode de précipitations relativement court et très localisé. Les résultats de ce travail confirment que le modèle numérique Meso-NH permet de bien simuler ce type de phénomène avec une précision satisfaisante à une résolution horizontale de 2,5 km. Cependant, cette étude met également en évidence l'importance de la bonne représentation des conditions initiales. En outre, la distribution spatiale des précipitations dépend fortement de la représentation de l'orographie dans le modèle et de la résolution horizontale. Elle est améliorée quand on utilise une résolution de 500m. / Heavy precipitation is one of the primal meteorological reasons for property damage, injuries, and deaths. In the framework of the Hydrological Cycle of the Mediterranean (HyMeX) program, heavy precipitation is analyzed throughout the entire Mediterranean basin with a special focus on the northwestern Mediterranean. This work studies in particular the mechanisms of high precipitation events (HPEs) on Corsica. For this purpose, a 31 year (1985 - 2015) climatology of HPEs on Corsica is presented. In addition, three HPEs during autumn 2012 are analyzed in detail using observations and numerical modeling. A climatology of 173 events shows that the eastern half of Corsica, specifically the orography, is most affected by high precipitation events. The months from September to December, most of all October, are identified as most prone to heavy precipitation events over Corsica. A principal component analysis is used to classify the events into three categories, which correspond to warm autumn and cold winter Mediterranean cyclones as well as a mixed category which contains also larger scale Atlantic cyclones. The heaviest precipitation is observed when warm moist southeasterly flow encounters the Corsican orography. In addition, three case studies are presented, each with different mechanisms involved. A stationary cyclone on 4 September 2012 led to widespread precipitation over Corsica with the most intense rain observed over the east of the island, along the coast and the orography. On 31 October, a fast moving cyclone caused a multi-phase event, which was characterized by low level wind turning from southeast to west while precipitation gradually changed from convective along the orography in the east of the island to stratiform mainly over the west and southwest. The last event, 23 October 2012, was comprised of a line convective cells which formed over stationary lee side convergence southeast of Corsica. The convective cells were advected toward the island by the mid- and upper level southeasterly wind. These conditions allowed the convective line to remain stationary, resulting in a highly localized and relatively short event. The findings confirm that the numerical model Meso-NH is well capable of simulating such events with satisfactory precision at a grid spacing of 2.5 km. However, the studies also underline the importance of well captured initial conditions. Additionally, the spatial distribution of precipitation is highly dependent on the representation of the orography in the model as well as the horizontal grid spacing and is improved when using a horizontal grid spacing of 500 m instead.

Les précipitations en Afrique septentrionale se produisent principalement pendant la saison des moussons. Elles résultent de l'interaction des processus atmosphériques dans une large gamme d'échelles, ce qui rend leur prévision difficile. Les mécanismes de contrôle des précipitations sont examinés au cours d'un épisode bien documentée d'émission et de transport de poussières du 9 au 14 juin 2006. La même méthode pour la détection et le suivi des nuages a été appliquée sur les observations par satellite et plusieurs simulations numériques (avec convection explicite ou paramétrée) pour étudier les systèmes précipitants. Parmi les différents types de systèmes identifiés, les systèmes convectifs de mésoéchelle (MCS) produisent la majeure partie de la précipitation totale, avec une contribution observée de 66%. Les plus grands producteurs de précipitation sont les MCS à longue durée de vie (c'est-à-dire de plus de 6 h), à l'origine de 55% des précipitations. Ces MCS deviennent plus organisés, c'est-à-dire plus grands, plus longs et plus rapides, alors qu'ils propagent vers l'ouest. Les simulations permettant la convection reproduisent la partition de pluie, mais ne reproduisent pas complètement l'organisation des MCS à longue durée de vie. La simulation avec convection paramétrée ne parvient pas à représenter correctement la partition de pluie. Cela montre la valeur ajoutée apportée par les simulations permettant la convection. L'effet radiatif des poussières est ensuite analysé en comparant deux simulations permettant la convection, avec et sans interaction poussière-rayonnement. Les effets directs sont un réchauffement de niveau moyen et un refroidissement à proximité de la surface, principalement dans les parties occidentales de l'Afrique septentrionale, qui tendent à stabiliser l'atmosphère inférieure. Un effet semi-direct est une diminution des précipitations. Cette baisse des pluies s'explique par un nombre trop faible de MCS à longue durée de vie qui, néanmoins, ont une durée de vie plus longue et sont plus efficaces en termes de production de précipitations. La diminution du nombre de MCS à longue durée de vie est due à la stabilisation de l'atmosphère qui inhibe le déclenchement de la convection. / Precipitation in northern Africa occurs mainly during the monsoon season. It arises from the interaction of atmospheric processes across a wide range of scales, making its prediction challenging. The control mechanisms on precipitation are examined during a well-documented case study of dust emission and transport on 9-14 June 2006. The same method for cloud detection and tracking was applied on satellite observations and several numerical simulations (with explicit or parameterized convection) to investigate the precipitating systems. Among the various types of systems identified, mesoscale convective systems (MCSs) yield most of the total precipitation, with an observed contribution of 66%. The greatest precipitation producers are the long-lived MCSs (i.e., that last more than 6 h), at the origin of 55% of precipitation. These MCSs become more organized, i.e., larger, longer-lived and faster, as they propagate westward. The convection-permitting simulations capture the rainfall partition, but do not fully reproduce the organization of the long-lived MCSs. The simulation with parameterized convection fails to correctly represent the rain partition. This shows the added-value provided by the convection-permitting simulations. The radiative effect of dust is then analyzed, by comparing two convection-permitting simulations, with and without dust-radiation interaction. The direct effects are a mid-level warming and a near-surface cooling mainly in the western parts of northern Africa, which tend to stabilize the lower atmosphere. One semi-direct effect is a decrease in precipitation. This rainfall drop is explained by a too low number of long-lived MCSs which, nevertheless, are longer-lived and more efficient in terms of precipitation production. The diminution in the number of long-lived MCSs is due to the stabilization of the atmosphere inhibiting the triggering of convection.

Les océans couvrant plus de 70 % de la surface de la Terre, les aérosols marins sont une des composantes les plus importantes en terme de concentration atmosphérique. De part leur large gamme de taille, ils interagissent à la fois dans les courtes et grandes longueurs d’onde et impactent ainsi le bilan radiatif à la surface et au sommet de l’atmosphère. Cependant, l’amplitude de cet impact climatique est encore soumise à de nombreuses incertitudes. Actuellement en modélisation, il existe très peu de cas d’études centrés sur les aérosols marins au niveau régional, la plupart étant réalisés au niveau global. Dans ce cadre et afin d’améliorer la connaissance des propriétés des aérosols marins et leurs effets radiatifs dans le bassin méditerranéen, le projet ChArMEx qui s’est déroulé pendant les étés 2013 et 2014, a permis la mise en place de plusieurs sites de mesures, notamment a Ersa (Cap Corse), ainsi que des observations aéroportées. Les observations réalisées à Ersa ont permis de repérer dans une première étude une période (22-26 juin) influencée majoritairement par les aérosols marins lors de l’été 2013 et de caractériser leurs propriétés physico-chimique, optiques et radiatives. De plus, l’impact de ces aérosols marins a pu être comparé à l’influence d’autres types d’aérosols présents dans le bassin méditerranéen (poussières désertiques, aérosols anthropiques et issus de feux de biomasse) également observés pendant la campagne de mesure. L’étude combinée de la composition chimique des aérosols marins et des rétro-trajectoires issues du modèle FLEXPART a permis également de mettre en évidence les multiples origines des aérosols marins, avec des émissions locales et des aérosols âgés associés à du transport longue distance. En se basant sur cette analyse, le modèle MesoNH a été utilisé pour étudier dans un premier temps les émissions, le transport et la concentration atmosphèrique des aérosols marins à l’échelle régionale, sur cette période d'étude. Pour cela, un nouveau schéma d’émission basé sur une paramétrisation récente (Ovadnevaite et al., 2014) a été implémenté dans le modèle. Celle-ci dépend, en plus de la vitesse du vent à la surface, de l’ etat de la mer (représenté par la hauteur des vagues, la température de surface de l’eau ainsi que la salinité). Une première simulation tri-dimensionnelle comprenant trois domaines imbriqués a donc été réalisée sur un domaine méditerranéen du 12 au 27 juin 2013. Les observations réalisées pendant la campagne de mesure ChArMEx-ADRIMED ont permis d’évaluer la capacité du modèle à simuler la concentration en masse et en nombre des aérosols marins ainsi que leur distribution granulométrique. Un deuxième cas d’étude, se déroulant pendant un cas de mistral/tramontane dans le golfe du Lion en juillet 2014, a également été simulé afin d’évaluer dans un second temps les effets radiatifs directs à la surface et au sommet de l’atmosphère (dans les courtes et grandes longueurs d’ondes). Cette simulation est supportée par des observations aéroportées réalisées dans le cadre de la campagne SAFMED+ ainsi que par des observations satellitaires et de télédétection (réseau AERONET). Ce travail indique également un forçage radiatif direct négatif des aérosols marins à la surface, qui est compensé, pour une très faible part, par le forçage radiatif positif exercé dans les grandes longueurs d’ondes. / As the oceans cover more than 70 % of the surface area of the Earth, marine aerosols compose one the most important aerosol types in term of atmospheric burden. As their size distribution comprises submicron and supermicron ranges, marine aerosol interacts with both shortwave and longwave radiation, leading to a radiative impact at the surface, within the atmosphere, and at the top of the atmosphere. However, the magnitude of its climatic impact is still subject to many uncertainties. Most model studies of marine aerosol emissions and their radiative impacts have focused on the global scale rather than the regional scale. In this context and in order to improve the knowledge of aerosol properties in the Mediterranean, and in particular, their impact on regional climate, the ChArMEx-ADRIMED field campaign took place in the Western Mediterranean Basin during the summer 2013. Several ground-based stations were operated throughout the Mediterranean Basin, including a station in Ersa (Corsica). During the ChArMEx-ADRIMED observation period, a major influence of marine aerosols was detected (22-26 June), allowing the characterization of their physical, chemical, optical and radiative properties. Moreover, the radiative impact of marine aerosols was compared to the influence of other types of aerosols usually present in the Mediterranean Basin (desert dust, anthropogenic and biomass burning aerosols) also observed during the field campaign. The combined study of the chemical composition of marine aerosols and backward trajectories using the FLEXPART model was used to characterize aging and origins of marine aerosols observed at the Ersa Station. For this work, the regional scale MesoNH model has been modified to study the radiative effect of marine aerosols on the Mediterranean Basin using a new marine aerosol emission scheme based on a recent parameterization (Ovadnevaite et al., 2014). This parameterization depends not only on the wind speed but also on the sea state (represented by wave height, sea surface temperature and the surface water salinity). A three-dimensional simulation including three nested domains was then conducted on a Mediterranean domain from 12 to 27 June 2013. The observations made during the ChArMEx-ADRIMED field campaign were used to evaluate this parameterization, via comparisons of the modeled and measured mass and number concentration of marine aerosols, as well as their size distribution. Another case study was conducted to assess the shortwave and longwave direct radiative effect, at the surface and top of the atmosphere, of marine aerosol during a period of strong winds (> 20 m s-1; Mistral) in the Golf of Lion (Western Mediterranean Basin). This simulation was conducted in conjunction with airborne observations (during the SAFMED+ field campaign), satellite and remote sensing (AERONET network) observations. Furthermore, this work indicate a negative direct radiative effect at the surface, only partly counterbalanced by a positive forcing in the longwave radiation.

Des épisodes de précipitations intenses se produisent fréquemment sur les Alpes durant la saison automnale, occasionnant régulièrement de nombreux dégâts matériels et humains.<br />L'amélioration de leur prévision est un enjeu majeur de la météorologie opérationnelle actuelle.<br />En 1999, le programme MAP (Mesoscale Alpine Programme) a été mis en place afin de recueillir une base de données importante décrivant plusieurs de ces épisodes.<br />Certains de ces épisodes ont été simulés à l'aide du modèle non-hydrostatique Meso-NH.<br />L'attention est d'abord portée sur la sensibilité de la prévision d'un épisode fortement convectif au schéma microphysique utilisé, ainsi qu'aux conditions initiales. Ensuite l'étude est élargie à deux autres évènements et il est mis en évidence des comportements microphysiques différents en fonction des caractéristiques du flux incident.

Les travaux présentées visent à améliorer nos connaissances sur les propriétés radiatives des aérosols désertiques aussi bien dans les courtes longueurs d'onde (SW) que dans les grandes longueurs d'onde (LW) ainsi que sur leur forçage sur la dynamique atmosphérique. Cette caractérisation est essentielle en particulier dans la région de l'Afrique du nord, qui est la plus grande source d'aérosols minéraux. Cette étude est basée sur une complémentarité entre les plateformes de mesure in situ au sol ou aéeroportées et les observations de télédétection au sol, aéroportées ou spatiales. Ces travaux se réalisent dans le cadre de la campagne de mesures AMMA qui a eu lieu en 2006, au cours d'un épisode particulièrement intense de soulèvement de poussières à l'est du continent et de transport vers l'ouest pendant une semaine. L'analyse met en évidence l'importance des aérosols désertiques sur le bilan radiatif au-dessus de l'Afrique de l'Ouest à l'échelle régionale (impact non négligeable dans le SW mais aussi dans le LW), de jour comme de nuit avec des chauffages compris entre 1.5Kjour-1 et 4Kjour-1 en moyenne de jour dans la couche d'aérosols. A la mi-journée, les taux de chauffage peuvent atteindre localement 8Kjour-1 dans les parties les plus épaisses optiquement des panaches d'aérosols de poussières désertiques. De nuit, on observe un refroidissement de l'ordre de 0.5 K jour-1 à 1Kjour-1 dans la couche de poussières et un réchauffement à la surface. Ce chauffage n'est pas sans impact sur la dynamique atmosphérique en Afrique de l'ouest du fait de son in-homogénéité spatiale et de sa variabilité temporelle. Il conduit à des modifications non seulement sur la température et l'humidité, mais également sur la force et la direction du vent. Ces modifications engendrent des changements significatifs sur le système de la mousson, comme nous avons pu le montrer à partir de simulations numériques effectuées à l'aide d'un modèle de méso-échelle. Plus précisément, la présence d'aérosols désertiques entre 1 et 4 km d'altitude est à l'origine d'un chauffage radiatif non négligeable possédant un cycle diurne à l'origine de modifications des gradients de température non seulement verticaux mais également horizontaux. Le panache d'aérosols ainsi observé au nord du Jet d'Est Africain (AEJ, African Easterly Jet) se montre propice à une augmentation des gradients verticaux de vent à l'origine de l'intensification de l'AEJ. La présence de ce panache produit également un renforcement de la structure périodique en vent. Plus bas en altitude, la dépression thermique et les vents associés sont intensifiés, du fait également, de la modification des gradients de température associés à la présence du panache d'aérosols. Le dernier volet de ces travaux porte sur la détection de ces aérosols dans l'infra-rouge au dessus du continent Africain à des fins de suivi et de prévision en utilisant les températures de brillance satellitaires. La méthode proposée de " pseudo-correction " de la vapeur d'eau sur les différences de température de brillance (BTD10-12 micromètres), permet une différenciation optimale des aérosols et des nuages au-dessus du continent. La méthode mise au point est particulièrement efficace au sud de 14°N (région Soudanienne où le couvert végétal est non négligeable), i.e. une partie du continent Africain au-dessus de laquelle très peu d'informations sont fournies par les radiomètres classiquement utilisés pour la détection des poussières.

Il existe aujourd'hui un enjeu sociétal majeur à s'intéresser à la propagation du son en milieu extérieur et notamment, dans notre contexte, à diminuer l'incertitude sur l'estimation des niveaux sonores et améliorer ainsi la précision des diverses analyses, du bureau d'étude à l'institut de recherche. Dans le cadre de l'acoustique environnementale, l'influence des conditions météorologiques sur la propagation acoustique en milieu extérieur peut être importante. Il est donc nécessaire d'appréhender et de quantifier les phénomènes météorologiques de micro-échelles que l'on observe dans la couche limite atmosphérique. Dans ce but, le modèle météorologique de recherche de Météo-France (Meso-NH) a été utilisé. Après avoir comparé les résultats de ce modèle à très fine résolution (de l'ordre du mètre) à l'aide des bases de données de deux campagnes expérimentales (Lannemezan 2005 et la Station de Long Terme), il s'est avéré nécessaire de développer cet outil en intégrant la prise en compte de la force de traînée des arbres. Dès lors, les résultats issus de Meso-NH sur les champs de vent, de température et d'énergie cinétique turbulente aparraissent satisfaisants. Ces informations sont par la suite utilisées en données d'entrée du modèle de propagation acoustique. Le modèle acoustique temporel utilisé est basé sur la méthode Transmission Line Matrix (TLM). Son développement a été effectué dans le but d'être appliqué à la propagation acoustique en milieu extérieur : prise en compte du relief, de différents types de sol, des conditions atmosphériques, etc. La validation numérique de la méthode TLM, par comparaison avec d'autres modèles (analytique et numérique de type Equation Parabolique), a permis de montrer la pertinence de son utilisation dans le cadre de l'acoustique environnementale. Enfin, à l'aide de ces modèles, des niveaux sonores simulés sous différentes conditions de propagation (favorables, défavorables, homogènes) ont été comparés aux mesures in-situ réalisées lors de la campagne expérimentale de Lannemezan 2005. Les résultats se sont avérés très satisfaisants au regard de la variabilité des phénomènes observés. Cependant, l'utilisation des champs issus d'un modèle micrométéorologique de type Meso-NH reste délicate du fait de la forte sensibilité du niveau sonore aux profils verticaux de célérité du son. L'étude de faisabilité sur une expérience plus complexe (la Station de Long Terme) est encourageante et, à condition de disposer d'importants moyens de calculs, elle permet de considérer la TLM comme une nouvelle méthode de référence et ainsi, d'envisager d'élargir son domaine d'utilisation à d'autres applications.

L'objectif de cette thèse est d'étudier la capacité des modèles météorologiques à prévoir des épisodes de cisaillements de vent dans les basses couches de l'atmosphère sur une zone limitée à un aéroport et d'examiner l'apport pour la modélisation d'observations locales à haute fréquence. Nous avons choisi l'aéroport international de Nice, régulièrement soumis à des variations rapides de la direction et de l'intensité du vent selon l'horizontale dans la CLA, appelées aussi renverses. Un pro leur de vent et trois anémomètres sont installés sur les pistes de l'aéroport. Au début de l'année 2009, une campagne de mesures incluant un lidar vent à balayage et un anémomètre sonique s'est déroulée sur l'aéroport fournissant des observations complémentaires. L'ensemble des mesures à haute fréquence temporelle et des simulations numériques obtenues avec le modèle de recherche Méso-NH à 2.5 km de résolution, a fourni une vision de l'enchaînement complexe des écoulements conduisant à des cisaillements de vent d'origine différente. Cette complémentarité a aussi permis d'estimer la capacité du modèle numérique à reproduire les cisaillements de vent. Pour les trois situations étudiées, il reproduit la structure horizontale et verticale de l'écoulement malgré des erreurs de placement spatio-temporel. Bien que les écoulements locaux participent à la mise en place des conditions nécessaires au cisaillement de vent, c'est l'écoulement de méso-échelle (ondes piégées ou talweg d'altitude) qui va déterminer la position du phénomène. Nous avons réalisé des comparaisons avec le modèle opérationnel de Météo-France AROME ainsi que des tests de sensibilité pour étudier l'in uence des conditions de couplage et de la résolution. Nous avons, en particulier, augmenté la résolution horizontale de 2.5 km à 500 m sur un domaine centré sur l'aéroport de Nice sur les situations étudiées. Une résolution de 500 m permet d'améliorer la représentation d'écoulements locaux et de variations locales du vent mais n'améliore pas la position des cisaillements de vent par rapport à une échelle plus grossière. L'extension horizontale limitée du domaine à haute résolution augmente la sensibilité aux conditions aux limites de grande échelle. Pour améliorer les prévisions et contraindre le modèle numérique vers les observations disponibles sur le site d'étude, un système l'assimilation de données basé sur le 'nudging' et permettant de prendre en compte des données à haute fréquence temporelle, le "nudging direct et rétrograde" (BFN pour 'Back and Forth Nudging'), a été mis en place. Nous avons appliqué cet algorithme aux équations de Lorenz pour con rmer le comportement de cette méthode par rapport à des résultats publiés antérieurement avec d'autres méthodes d'assimilation de données. Les résultats encourageants, ont conduit à l'introduction du BFN dans Méso-NH. Nous avons mis en place des simulations avec assimilation de données simulées dans des conditions idéalisées qui ont montré une réponse cohérente du modèle numérique à l'introduction de pro ls verticaux de vent.

L'étude se concentre sur l'analyse de la dynamique de la Couche Limite Atmosphérique stable et hivernale en vallée, notamment dans des situations conduisant à des épisodes de pollution particulaire. L'analyse est effectuée à partir de simulations numériques de type LES et de mesures locales. Dans une première partie, on étudie les vents catabatiques prenant naissance sur les pentes des vallées encaissées. On montre qu'ils sont instationnaires, inhomogènes et turbulents, que leur diffusivité turbulente évolue quadratiquement avec le nombre de Froude et décroît avec la stratification ambiante. On s'intéresse ensuite au champ d'ondes internes généré par ces vents. On trouve que sa fréquence ne dépend que de la stratification et est indépendante des caractéristiques des vents qui lui donnent naissance. Dans une seconde partie, on s'intéresse au système de vents de vallées et aux inversions thermiques dans les vallées Grenobloises. Les conditions météorologiques conduisant aux épisodes de pollution sont étudiées et leur lien avec les mécanismes précédents est explicité. On montre que ces épisodes se déroulent toujours dans un contexte anticyclonique, sont induits par la présence d'une inversion et que leur évolution est liée à celle des régimes de temps. Pendant ces épisodes, le système de vents local est toujours similaire, indépendant du régime synoptique et constitué de vents thermiques, dont l'organisation spatiale est gouvernée par la géométrie du site. Ces courants sont contenus dans la couche d'inversion qui persiste pendant toute la durée de l'épisode et n'est pas détruite si l'énergie solaire est insuffisante. Le seuil énergétique correspondant est mis en évidence.