Le modèle climatique régional MAR (Modèle Atmosphérique Régional) est mis en œuvre pour la simulation du climat en Afrique de l'Ouest, piloté à ses frontières latérales par les réanalyses ERA-15. Une simulation de 10 ans, portant sur les années 1983 à 1992 est effectuée. Une validation des sorties pluviométriques du MAR est faite sur une large gamme d'échelles temporelles, depuis le pas de temps journalier jusqu'à la variabilité inter-annuelle. Le MAR reproduit favorablement les principales caractéristiques du régime pluviométrique en Afrique de l'Ouest. Deux déficiences sont soulignées : une sous-estimation des précipitations en zone sahélienne et une mauvaise représentation des précipitations à l'échelle journalière. Une comparaison des sorties du MAR avec les données pluviométriques journalières de l'IRD a permis de mettre en évidence le fait que le MAR se comporte de manière assez satisfaisante pour des échelles temporelles supérieures à 3-5 jours. La sensibilité du modèle à la prescription des états de surface est également étudiée à travers la simulation de l'année 1992. Enfin le MAR est utilisé dans une étude de processus afin d'analyser les mécanismes de la progression irrégulière de la mousson ouest-africaine. Une explication, basée sur des considérations thermiques et sur la distribution géographique de l'albédo de surface, est proposée.

Le champ magnétique terrestre, dans des régions libres de sources magnétiques, peut être exprimé comme le gradient d'un potentiel scalaire, solution de l'équation de Laplace. Pour des régions dont la couverture en données est particulièrement dense, la modélisation régionale est susceptible d'offrir une meilleure résolution spatiale du champ magnétique que la modélisation globale par les harmoniques sphériques (SH). Avec la méthode régionale de décomposition en harmoniques sur calottes sphériques (SCHA), les difficultés apparaissent lors du traitement simultané de données enregistrées à des altitudes variées. De plus, ce formalisme ne peut pas être simplement relié au formalisme global SH, nous privant ainsi de précieuses informations a priori sur les coefficients du modèle. Dans le présent travail, nous montrons que ces problèmes sont surmontés si SCHA est formulée comme un problème de conditions aux limites dans un cône ; cône qui circonscrit la région d'étude et dont la hauteur est compatible avec l'altitude maximale contenue dans les données. Ceci nous permet d'obtenir pour la première fois des relations entre les coefficients de Gauss globaux et ceux des harmoniques locales. La reconstruction précise d'un champ globale dans le cône démontre la pertinence de ces relations. De manière à anticiper le problème inverse, nous proposons des relations basées sur le concept de spectre d'énergie, et nous définissons des normes pour le champ magnétique. Ces expressions sont des outils précieux de régularisation pour des problèmes inverses mal conditionnés. Nous traitons finalement le problème inverse. Dans un premier temps, nous considérons des données uniformément distribuées et nous concluons que le modèle obtenu est conforme aux propriétés d'un champ géomagnétique. Dans un second temps, nous simulons une inversion sur un cas réel en considérant les positions des données terrestres et celles du satellite CHAMP. Par une régularisation, nous parvenons à résoudre le problème inverse dans une situation particulièrement défavorable, et nous obtenons un modèle de champ magnétique stable dans tout le volume conique.

Le bassin méditerranéen est sujet à de nombreuses sources d'aérosols présentant une variabilité spatio-temporelle élevée. Ces aérosols interagissent de manière directe avec les rayonnements solaire et thermique, et de manière indirecte avec les nuages et la dynamique atmosphérique. Ils peuvent donc avoir un impact important sur le climat de cette région. Ce travail de thèse, à la frontière entre les projets HyMeX et ChArMEx, considère une approche par la modélisation régionale couplée pour répondre aux questions des interactions aérosols-rayonnement-nuages par rapport à la variabilité climatique de la région méditerranéenne. Afin de mieux caractériser les aérosols méditerranéens, une nouvelle climatologie mensuelle et interannuelle d'épaisseur optique a été développée à partir d'une combinaison de produits satellites et de modèles. Ce jeu de données, disponible pour tous les modèles régionaux de climat en Méditerranée sur la période 1979-2012, a été mis au point dans le but d'obtenir la meilleure estimation possible du contenu atmosphérique en aérosols pour les cinq types considérés (sulfates, carbone suie et organique, poussières désertiques et sels marins). Des ensembles de simulations réalisées sur la période 2003-2009 avec et sans aérosols montrent un impact majeur sur le climat régional. Cet impact se caractérise par un forçage radiatif négatif en surface (dû à la diffusion et l'absorption du rayonnement solaire incident) de -15 W.m−2 en moyenne annuelle sur la mer Méditerranée, par un refroidissement induit en surface à la fois sur mer et sur terre de l'ordre de 0.5◦C en moyenne annuelle, par une diminution moyenne des précipitations ainsi que par des changements de nébulosité. Le cycle saisonnier et les structures spatiales du climat méditerranéen sont ainsi significativement modifiés, ainsi que certaines situations spécifiques comme la canicule de juillet 2006 qui a été renforcée par la présence d'aérosols désertiques. Le rôle essentiel de la température de surface de la mer Méditerranée dans la réponse du climat aux aérosols est mis en évidence, et permet de comprendre les modifications induites des flux air-mer (notamment la diminution de la perte en chaleur latente) et ses conséquences sur le climat régional. La convection océanique en mer Méditerranée est également renforcée par la présence d'aérosols. En outre, on démontre que la diminution des aérosols anthropiques observée depuis plus de trente ans a contribué significativement aux tendances climatiques de rayonnement (représentant 81 ± 15 % de l'éclaircissement) et de température (représentant 23 ± 5 % du réchauffement) observées en Europe et en Méditerranée. D'autre part, un schéma interactif d'aérosols a été mis en place dans le modèle atmosphérique ALADIN-Climat afin de pouvoir comprendre les processus liés aux aérosols à l'échelle quotidienne. On montre ici la capacité de ce schéma de simuler de manière réaliste les aérosols présents en Méditerranée, notamment dans le cas des intrusions de poussières désertiques observées pendant la campagne de mesures ChArMEx/TRAQA. Un exercice d'intercomparaison avec d'autres modèles intégrant les aérosols désertiques confirme la performance du nouveau schéma. De plus, utiliser un schéma prognostique d'aérosols au lieu d'une climatologie mensuelle permet de mieux reproduire les variations quotidiennes et en particulier les extrêmes de rayonnement et de température en surface. Cela induit aussi une modification du climat moyen, dans la mesure où les variations des aérosols et de leurs effets dépendent des régimes de temps et de la nébulosité. Cette thèse conclut ainsi à la nécessité pour les systèmes climatiques de modélisation régionale en Méditerranée de bien prendre en compte les effets radiatifs des aérosols et leur variabilité spatiotemporelle, y compris à haute fréquence. / The Mediterranean basin is affected by numerous and various aerosols which have a high spatiotemporal variability. These aerosols directly interact with solar and thermal radiation, and indirectly with clouds and atmospheric dynamics. Therefore they can have an important impact on the regional climate. This work, located at the boundary between the ChArMEx and HyMeX programs, considers a coupled regional modeling approach in order to address the questions of the aerosol-radiation-cloud interactions with regards to the climate variability over the Mediterranean. In order to improve the characterization of Mediterranean aerosols, a new interannual monthly climatology of aerosol optical depth has been developed from a blended product based on both satellitederived and model-simulated datasets. This dataset, available for every regional climate model over the Mediterranean for the 1979-2012 period, has been built to obtain the best possible estimate of the atmospheric aerosol content for the five species at stake (sulfate, black carbon, organic matter, desert dust and sea salt particles). Simulation ensembles, which have been carried out over the 2003-2009 period with and without aerosols, show a major impact on the regional climate. This impact is characterized by a negative surface radiative forcing (due to the absorption and the scattering of the solar incident radiation) of -15 W.m−2 on annual average over the Mediterranean Sea, an induced surface cooling both over land and sea of about -0.5◦C on annual average, a decrease in precipitation as well as cloud cover changes. The seasonal cycle and the spatial patterns of the Mediterranean climate are significantly modified, as well as some specific situations such as the heat wave in July 2006 strengthened by the presence of desert dust particles. The essential role of the Mediterranean sea surface temperature is highlighted, and enables to understand the induced changes on air-sea fluxes (notably the decrease in the latent heat loss) and the consequences on regional climate. Oceanic convection is also strengthened by aerosols. In addition, the decrease in anthropogenic aerosols observed for more than thirty years is shown to significantly contribute to the observed Euro-Mediterranean climatic trends in terms of surface radiation (representing 81 ± 15 % of the brightening) and temperature (representing 23 ± 5 % of the warming). Besides, an interactive aerosol scheme has been developed in the atmospheric model ALADINClimate in order to better understand aerosol processes at the daily scale. This scheme shows its ability to represent correctly the aerosol patterns over the Mediterranean, especially with regards to dust outbreaks that were measured during the ChArMEx/TRAQA field campaign. An intercomparison exercise with several dust models confirms the performance of the new scheme. Moreover, the use of a prognostic aerosol scheme instead of a monthly climatology enables to better reproduce the daily variations of surface radiation and temperature and related extremes. This also leads to changes in the mean climate, insofar as aerosol variations and their effects depend on weather regimes and cloud cover. Finally this study concludes with the need for regional climate system models over the Mediterranean to take into account the radiative aerosol effects and their spatio-temporal variability, including at high frequency. The impacts of these radiative effects on numerous parameters (radiation, temperature, humidity, ocean-atmosphere fluxes, oceanic circulation, etc.) are indeed shown and understood at different space and time scales (daily variability, seasonal cycle, climate trends, spatial structures). This work has also shown the importance of the coupling between the atmosphere and the Mediterranean Sea for aerosol-climate studies in this region.

Notre objectif est de contribuer à la compréhension du fonctionnement du système Méditerranéen grâce à la modélisation.<br />Nous nous intéressons d'abord à la formation et au devenir des masses d'eau en Méditerranée nord-occidentale. L'influence de la résolution spatiale du modèle océanique est examinée lors de l'étude de la convection profonde au large pour une année réelle. Le rôle essentiel joué par les structures de méso-échelle dans la formation et le devenir de l'eau profonde est mis en évidence. La comparaison de simulations effectuées avec différents forçages atmosphériques permet de montrer l'influence de la résolution spatiale de ce forçage sur la modélisation de la convection, liée à l'importance des extrêmes atmosphériques. Puis nous examinons l'impact de la variabilité interannuelle atmosphérique et du changement climatique sur la formation d'eau dense sur le plateau du Golfe du Lion. Les volumes d'eau dense formée, exportée, et cascadant sont corrélés à la perte de chaleur atmosphérique hivernale. L'intensification de la stratification de la colonne d'eau d'ici la fin du XXIème siècle provoque une quasi-disparition du cascading.<br />L'influence des processus physiques sur l'écosystème planctonique pélagique est examinée au moyen d'un modèle couplé hydrodynamique-biogéochimie. L'étude d'une année de référence permet de valider le modèle et d'en soulever les points faibles. Si les bilans de production présentent une faible variabilité interannuelle, celle de l'exportation de carbone et du métabolisme net est plus marquée. Le changement climatique provoque une augmentation de la production primaire et une intensification de la boucle microbienne.

L’extrémité sud du système du courant des Canaries comprend un centre d’upwelling (résurgence localisée d’eaux froides sous l’action de vents favorables) qui a jusqu’ici reçu peu d’attention. Ma thèse porte sur la dynamique de ce centre d’upwelling sud Sénégal ou SSUC (Southern Senegal Upwelling Center en anglais). Elle s’intéresse donc à la circulation et à la structure thermohaline sur le large plateau sud-sénégalais, entre la côte et _100-200 km au large en se focalisant sur la période d’upwelling (Novembre-Mai). Une des particularités de la zone est la séparation entre la zone d’upwelling au centre du plateau et des eaux plus chaudes au large et à la côte. Mes travaux combinent analyse d’images satellite et d’observations in-situ, avec la réalisation et l’analyse de simulations numériques dans l’état de l’art. Par une analyse fine des conditions physiques de la zone, ils posent la base à une approche intégrée du fonctionnement de l’environnement marin sénégalais. Une première partie des résultats se base sur l’examen et l’analyse de plus de 1500 images satellite de température de surface de la mer SST MODIS, contextualisées par rapport aux conditions synoptiques de vent. Cette analyse met en lumière l’existence d’états récurrents du SSUC, en termes de SST. Elles confirment plus généralement la régularité et la stabilité du fonctionnement dynamique du système, mais aussi révèlent des aspects subtils de la structure de l’upwelling : refroidissement des eaux de surface probablement dû au déferlement et au mélange associé à la marée interne ; interaction complexe entre la remontée locale, le courant de Mauritanie et le jet côtier ; complexité probable des échanges entre les différentes parties du plateau (plateau intérieur accueillant des eaux réchauffées, plateau central où est fréquemment situé la langue d’eau froide). L’amplitude du cycle diurne suggère que de grandes incertitudes restent à lever dans le budget de chaleur de l’upwelling . Les limites des études soulignent la nécessité de continuer la mesure in situ dans le SSUC, en particulier des vents. Le fonctionnement dynamique du SSUC est aussi étudié par la modélisation hydrodynamique (ROMS) à haute résolution (_2km). Différentes simulations ont été réalisées en variant les forçages (climatologiques ou synoptiques pour le vent ; modification fine échelle des flux de chaleur en domaine côtier ; présence ou absence de marée). Les solutions numériques montrent en général un bon accord avec les observations satellite et in situ disponibles. Ces solutions éclairent le fonctionnement dynamique du système notamment en termes de circulation, de position de remontée d’upwelling, mais également du devenir des eaux upwellées grâce à une analyse lagrangienne. Nous avons notamment pu montrer que la zone nord du SSUC est la zone principale de remontée et les eaux qui y remontent, proviennent en grande majorité de la zone sud du SSUC d’où elles sont amenées par le courant de Mauritanie. Les analyses lagrangiennes ont aussi permis de - 3 - révéler la dynamique associée à la zone côtière de nourricerie et de nuancer le schéma conceptuel de rétention précédemment admis. La sensibilité de la dynamique du SSUC aux forçages atmosphériques est modeste avec néanmoins des modulations des échanges cross-shore qui peuvent être importantes pour l’écosystème. / The southern end of the Canary current system comprises of an original upwelling center that has so far received little attention. This Ph.D. Thesis focuses on the dynamical functioning of the Southern Senegal-Gambia Upwelling Center (SSUC). We are interested in the upwelling circulation and thermohaline structure on the shelf between the coastline and 100-200 km offshore. Our focus is on the upwelling period (November to May). The main originality of the SSUC compared to other upwelling centers stems from its continental shelf that is broad and shallow (20–30 m over tens of kilometers). The normal state of the system comprises the classical upwelling front but also a well-defined inner-shelf front that separates cold upwelled waters from nearshore warmer waters. We investigate its dynamical functioning using analysed satellite images, in situ data and state-of-theart 3D numerical simulations. Through a fine-scale analysis of the physical conditions of the SSUC, this work poses the basis of an integrated approach to the Senegalese marine environment functioning. A first part of results is based on the careful examinations and analysis of over 1500 satellite images of sea surface temperature scenes contextualized with respect to wind conditions. Analysis confirm the regularity and stability of the SSUC dynamical functioning (as manifested by the recurrence and persistence of particular SST patterns). The analysis also reveal subtle aspects of its upwelling structure : shelf break cooling of surface waters consistent with internal tide breaking/mixing ; complex interplay between local upwelling and the Mauritanian current off the Cape Verde headland ; complexity of the inner-shelf/mid shelf frontal transition. The amplitude of the diurnal cycle suggests that large uncertainties exist in the SSUC heat budget. The studies limitations underscore the need for continuous in situ measurement in the SSUC, particularly of winds. The dynamical functioning of SSUC is also investigated by means of numerical simulations, using the hydrodynamical Regional Ocean Modeling System ROMS (_x _ 2 km). Different simulations have been carried with varying forcings (climatological or synoptic wind ; fine-scale adjustments of heat flux in coastal area ; presence or absence of tides). Numerical solutions show a good agreement with available satellite and in situ observations . These solutions clarify the dynamical functioning of the system especially in terms of circulation, location of cold water upwelling but also fate of upwelled water through a Lagrangian analysis. We show in particular that the northern part of the SSUC is the main upwelling area. Waters that upwelled in this area predominantly come from the southern of the SSUC, through advection by the Mauritanian current. Lagrangian analysis also revealed the dynamics associated with the coastal area of nursery and nuance the conceptual retention scheme previously admitted. The sensitivity of the dynamics of SSUC to atmospheric forcings is modest with nevertheless some modulations of the cross-shore exchanges that may be important to the ecosystem.

Dans l’atmosphère, les particules d’aérosol jouent un rôle clef sur le climat et, par leur action sur la qualité de l’air, ont un impact néfaste sur la santé publique. Ces particules sont composées d’un mélange complexe d’espèces inorganiques et organiques formées à partir d’une grande variété de sources. Si les sources et mécanismes de production des espèces inorganiques sont désormais relativement bien connus, la caractérisation de la fraction organique des aérosols est beaucoup plus complexe : elle est constituée d’aérosols organiques primaires, émis directement dans l’atmosphère, et d’aérosols organiques secondaires (AOS) produits par la conversion gaz-particules de Composés Organiques Volatils (COV). Afin de comprendre les processus de formation des aérosols organiques, des modèles tridimensionnels de chimie-transport sont mis en œuvre. Or, à ce jour, les concentrations en aérosols organiques observées dans l’atmosphère demeurent sous-estimées par ces modèles. L’objectif de cette thèse est d’étudier les différents processus de transport, d’émissions et de transformations chimiques intervenant dans la formation des aérosols organiques à partir du modèle de chimie-transport WRF-Chem (Weather Research and Forecasting – Chemistry). Les sorties du modèle ont été comparées à des mesures effectuées à la station du puy de Dôme au cours de trois situations correspondant à trois saisons (automne, hiver, été) durant lesquelles des masses d’air de diverses origines ont été échantillonnées. Ces mesures documentent les conditions météorologiques, les propriétés des espèces chimiques gazeuses et des particules d’aérosol. En particulier, les mesures fournies par un spectromètre de masse (AMS : Aerosol Mass Spectrometer), fournissent de informations détaillées sur la variabilité temporelle de la composition chimique des aérosols et notamment sur leur concentration en masse. Les comparaisons modèle/mesures ont montré que les variations saisonnières de la composition chimique des aérosols observées au puy de Dôme étaient bien capturées par le modèle. Cependant, il s’est avéré que les concentrations en aérosols organiques étaient fortement sous-estimées par le modèle et plus particulièrement lors de la situation d’été. La confrontation des origines des masses d’air simulées par le modèle WRF-Chem à celles déterminées par le modèle lagrangien HYSPLIT reconnu pour l’étude de la dispersion atmosphérique et l’analyse des variations de la localisation du sommet du puy de Dôme vis-à-vis de la couche limite atmosphérique ont mis en évidence que le transport était correctement reproduit par le modèle. Les mesures de gaz disponibles au puy de Dôme ont mis en évidence une forte sous-estimation des concentrations en COV d’origine anthropique simulées par le modèle. Des tests de sensibilité ont été réalisés sur les émissions de ces espèces pour restituer les niveaux de concentration observés. Les émissions et les rendements en AOS des COV d’origine anthropique implémentés dans la paramétrisation VBS dédiée aux aérosols organiques dans le modèle ont pu être modifiés afin de reproduire les niveaux de concentration en aérosols organiques observés au puy de Dôme. / In the atmosphere, aerosol particles play a key role on both climate change and human health due to their effect on air quality. These particles are made of a complex mixture of organic and inorganic species emitted from several sources. Although the sources and the production mechanisms for inorganic species are now quite well understood, the characterization of the organic fraction is much more difficult to study. Indeed, particulate organic matter comes from primary organic aerosols directly emitted to the atmosphere and secondary organic aerosols (SOA), which are formed from gas-to-particle conversion of Volatile Organic Compounds (VOC). Three-dimensional chemistry-transport models are developed to better understand the organic aerosol formation processes. However, these models underestimate the organic aerosol concentrations. The aim of this thesis is to study the transport, the emissions and the chemical transformations involved in the formation of the organic aerosols using the WRF-Chem chemistry-transport model (Weather Research and Forecasting – Chemistry; Grell .et al., 2005). Model outputs are compared to measurements performed at the puy de Dôme station (France) during three campaigns. These measurements allow for characterizing various air masses and different seasonal behaviours (in autumn, winter and summer). The station hosts many probes for controlling meteorological parameters, gas phase species and aerosol properties. In particular, a mass spectrometer (AMS: Aerosol Mass Spectrometer) provides detailed time evolution of the chemical composition and mass concentration of the particulate matter. The comparisons between model results and observations have shown that seasonal variations of the aerosol chemical composition are captured by the WRF-Chem model. However, the organic aerosols mass concentrations are strongly underestimated and this underestimation is more important for the polluted summer case. The calculated origins of air masses are comparable to the results of the lagrangian model HYSPLIT currently used for atmospheric dispersion. The top of the puy de Dôme is observed to be either in the boundary layer or above depending on the season and these observations are correctly reproduced by the WRF-Chem model. As the anthropogenic VOC concentrations are underestimated by WFR-Chem model, sensitivity tests on the anthropogenic VOC emissions and SOA yields, used in the VBS secondary organic aerosols parameterisation, are done to better reproduce the organic aerosol concentrations observed at the puy de Dôme station.

L'étude porte sur l'Afrique australe et surtout l'Afrique du Sud, pays bénéficiant d'un excellent réseau d'observations. La capacité du modèle climatique régional WRF à simuler la pluviométrie et la circulation atmosphérique y est évaluée pendant le coeur de la saison des pluies d'été austral (décembre à février : DJF) au travers de trois séries de simulations. WRF est forcé toutes les 6h par les réanalyses ERA40. La résolution horizontale est de 35km. La première série détermine la sensibilité aux paramétrisations de la convection atmosphérique, de la couche limite planétaire et de la microphysique nuageuse. La saison étudiée (DJF 1993-94 : DJF94) est représentative de la climatologie des pluies sud-africaines. La géographie des cumuls saisonniers, leurs intensités et leurs caractéristiques intrasaisonnières sont surtout contrôlées par la paramétrisation de la convection atmosphérique. En Afrique du Sud, les biais saisonniers varient du simple au double en fonction des trois schémas testés (Kain- Fritsch, Betts-Miller-Janjic et Grell-Dévényi). Les schémas de couche limite et de microphysique génèrent des différences moindres, mais pouvant se cumuler avec celles liées à la convection. La deuxième série évalue l'état saisonnier moyen et les structures pluviométriques quotidiennes récurrentes sur la période 1971-1999 au travers d'une configuration physique satisfaisante sur DJF94. La climatologie de la pluviométrie sud-africaine réanalysée (ERA40) est nettement améliorée par WRF, notamment en raison d'une dépression subcontinentale plus creusée au-dessus de l'Angola. Excepté les jours faiblement pluvieux, WRF restitue les principales structures pluviométriques observées au pas de temps quotidien, malgré des décalages fréquents de l'ordre de quelques jours. La troisième série quantifie la variabilité interne à partir de deux simulations d'ensemble de 30 membres. La variabilité interne est modulée par la paramétrisation de la convection atmosphérique (Kain-Fritsch en générant plus que Grell-Dévényi). De fortes similitudes sont néanmoins trouvées. Elles concernent la géographie de la variabilité interne, maximale le long d'une large bande étendue du nord-ouest au sud-est du domaine au pas de temps quotidien. Les incertitudes concernent la morphologie et la vitesse de propagation des bandes pluvieuses synoptiques, de l'ordre de 1 000 km dans le sens zonal pour les bandes pluvieuses tropicales-tempérées. Ces incertitudes sont indicatives des limites théoriques de la prévision opérationnelle en raison de la composante chaotique de l'atmosphère sur la région.

L'upwelling du Sud Vietnam (SVU) joue un rôle clef dans la dynamique océanique et la productivité biologique en Mer de Chine du Sud. Cette thèse vise à quantifier la variabilité interannuelle du SVU et identifier les facteurs et mécanismes en jeu. Pour cela, un jeu de simulations numériques pluri-annuelles à haute résolution a été utilisé. Le réalisme du modèle a été évalué et optimisé par comparaison aux observations in-situ et satellites. Les résultats montrent que la grande variabilité du SVU est fortement pilotée par le rotationnel du vent estival, et liée à l'oscillation ENSO via son impact sur le vent. Cependant, cette influence du vent est significativement modulée par la variabilité intrinsèque océanique liée aux interactions entre la vorticité associée aux tourbillons océaniques et le vent, et dans une moindre mesure par la circulation océanique de grande échelle et les fleuves. Ces conclusions sont robustes aux choix effectués pour corriger la dérive de surface du modèle. / The summer South Vietnam Upwelling (SVU) is a major component of the South China Sea circulation that also influences the ecosystems. The objectives of this thesis are first to quantitatively assess the interannual variability of the SVU in terms of intensity and spatial extent, second to quantify the respective contributions from different factors (atmospheric, river and oceanic forcings; ocean intrinsic variability OIV; El-Niño Southern Oscillation ENSO) to the SVU interannual variability, and third to identify and examine the underlying physical mechanisms. To fulfill these goals we use a set of sensitivity eddy-resolving simulations of the SCS circulation performed with the ROMS_AGRIF ocean regional model at 1/12° resolution for the period 1991-2004. The ability of the model to realistically represent the water masses and dynamics of the circulation in the SCS and SVU regions was first evaluated by comparison with available satellite and in-situ observations. We then defined a group of sea-surface-temperature upwelling indices to quantify in detail the interannual variability of the SVU in terms of intensity, spatial distribution and duration. Our results reveal that strong SVU years are offshore-dominant with upwelling centers located in the area within 11-12oN and 110-112oE, whereas weak SVU years are coastal-dominant with upwelling centers located near the coast and over a larger latitude range (10-14oN). The first factor that triggers the strength and extent of the SVU is the summer wind curl associated with the summer monsoon. However, its effect is modulated by several factors including first the OIV, whose contribution reaches 50% of the total SVU variability, but also the river discharge and the remote ocean circulation. The coastal upwelling variability is strongly related to the variability of the eastward jet that develops from the coast. The offshore upwelling variability is impacted by the spatio-temporal interactions of the ocean cyclonic eddies with the wind stress curl, which are responsible for the impact of the OIV. The ocean and river forcing also modulate the SVU variability due to their contribution to the eddy field variability. ENSO has a strong influence on the SVU, mainly due to its direct influence on the summer wind. Those results regarding the interannual variability of the SVU are robust to the choice of the surface bias correction method used in the model. We finally present in Appendix-A2 preliminary results about the impacts of tides.

Dans un contexte de changement climatique, la connaissance des climats passés permet de mieux cerner<br />l'évolution future du climat. Les isotopes stables de l'eau constituent un excellent proxy paléo-climatique. Les<br />propriétés physiques des isotopes lourds de l'eau (H182 O; HDO) induisent des fractionnements isotopiques,<br />qui dépendent de la température et du taux de distillation. Sous réserve d'une inversion bien conditionnée du<br />signal isotopique, on peut reconstruire les variations passées du climat à partir d'archives isotopiques. Les carottes<br />de glace andines constituent un enregistrement unique de la variabilité du climat tropical. En revanche,<br />la complexité de la circulation atmosphérique rend plus ardue l'interprétation de leur signal isotopique.<br />En conséquence, nous avons développé au cours de cette thèse un module traitant du fractionnement<br />des isotopes stables de l'eau au sein du modèle de circulation régionale REMO pour application au cas de<br />l'Amérique du Sud. Le manuscrit retrace les principales étapes de la thèse. Il s'agit de la mise en perspective<br />du travail de thèse dans la problématique du changement climatique ; la description du modèle de circulation<br />régionale REMOiso et de son module traitant des isotopes de l'eau ; la validation initiale de REMOiso sur<br />l'Europe ; l'étude des variations saisonnières des précipitations, de la circulation atmosphérique régionale et<br />du signal isotopique en Amérique du Sud ; de l'enregistrement par les isotopes stables de l'eau de la mousson<br />sud-américaine.

Cette thèse porte sur l'application du filtre SEEK (Singular Evolutive Extended Kalman filter), un système d'assimilation de données pour les modèles océaniques, au contrôle d'une configuration du Golfe de Gascogne. Cette configuration au 1/15°, emboîtée dans une configuration au 1/3° de l'Atlantique Nord à travers l'emploi de Conditions aux Frontières Ouvertes (en mer), est développée à l'aide du modèle HYCOM (Hybrid Coordinate Ocean Model) à coordonnée verticale hybride. L'étude porte essentiellement sur la paramétrisation de l'erreur modèle dans le filtre SEEK, et plus généralement dans les filtres de Kalman de rangs réduits, pour le contrôle des modèles régionaux. Les paramétrisations classiques de ces systèmes d'assimilation, développés jusqu'à présent pour les modèles de bassin, sont inadaptées à la complexité de la dynamique régionale. On utilise des méthodes d'ensemble pour estimer de façon réaliste l'erreur modèle liée à la mauvaise détermination des forçages aux limites, forçages atmosphériques et CFO, dont l'influence est a priori très importante sur la dynamique régionale. La caractérisation des statistiques de l'erreur modèle est réalisée à l'aide de la méthode des représenteurs qui montre l'impact de l'assimilation de divers types d'observations pour le contrôle de l'état océanique. La propagation de l'erreur générée aux frontières ouvertes est faible. Les bons résultats donnés par l'emploi de l'erreur liée aux forçages atmosphériques, pour paramétrer le filtre SEEK dans des expériences d'assimilation de température de surface, que l'on compare à ceux donnés par une paramétrisation plus classique, montrent l'apport de cette étude sur l'erreur modèle.