Ce travail vise à améliorer notre ‎compréhension de l'impact radiatif des ‎aérosols et de la vapeur d'eau sur la ‎dynamique de la dépression thermique ‎saharienne (Saharan heat low, SHL) en ‎utilisant une combinaison d'observations ‎spatiales (MODIS, OMI et CALIOP) ainsi ‎que le modèle de transfert radiatif ‎STREAMER. La variabilité saisonnière ‎moyenne de l’épaisseur optique des aérosols ‎‎(AOD) et du contenu intégré en vapeur d'eau ‎‎(IWVC) sur le Sahara, moyenné sur les 11 ‎dernières années, est bien corrélée avec ‎l'évolution saisonnière du SHL. Après ‎l'apparition de la SHL, l'IWVC augmente ‎progressivement au dessus du Sahara tandis ‎que l'AOD présente un maximum localisé en ‎août, associé à la présence de systèmes ‎convectifs profonds formant au-dessus des ‎monts Hoggar.‎Pour estimer l'impact radiatif saisonnier de la ‎vapeur d'eau et des aérosols désertiques, le ‎modèle de transfert STREAMER a été utilisé ‎pour calculer le budget radiatif mensuel net ‎de mai à septembre. Des profils verticaux ‎mensuels moyens de température et ‎d'humidité obtenus à partir des analyses du ‎Centre européen pour les prévisions ‎météorologiques à moyen terme (ECMWF) ‎et des profils de coefficients d'extinction ‎dérivés de CALIOP sont utilisés comme ‎paramètres d'entrée pour le calcul du ‎modèle.‎ Nos travaux montrent que le forçage des ‎aérosols dans le Sud-Ouest du massif de ‎Hoggar domine le budget net radiatif de ‎surface, tandis que la vapeur d'eau est le ‎joueur le plus fort en termes de forçage en ‎ondes longues LW. Le forçage en ondes ‎courtes SW et longues LW associé aux ‎aérosols et à la vapeur d'eau, ‎respectivement, contribue au réchauffement de ‎la basse troposphère sur le Sahara pendant ‎l'été (lorsque le SHL est au-dessus du ‎Sahara). A son tour, ce chauffage intensifie ‎la circulation cyclonique du SHL conduisant ‎ainsi à renforcer l’advection de la vapeur ‎d'eau vers le Sahara.‎Par conséquent, l'analyse des tendances ‎décennales de la vapeur d'eau dans les ‎tropiques et sous-tropiques est importante ‎pour accroître la connaissance de la ‎dynamique de la SHL, une caractéristique ‎essentielle de la mousson ouest-africaine.‎Par ailleurs et pour la première fois, nous ‎montrons l'impact de la variabilité ‎saisonnière de la mousson africaine associée ‎à la modulation de la latitude du front ‎intertropicale (FIT), du jet de basse couche ‎‎(LLJ), du vent meridional et zonal, de ‎l’intensité et la position de la dépression ‎thermique saharienne et du jet d’est Africain ‎‎(EAJ) sur le soulèvement de la poussière sur ‎les deux périodes juin 2006 et juin 2011, ‎correspondant respectivement aux ‎campagnes AMMA et FENNEC.‎ / This work aims at enhancing our ‎understanding of the radiative impact of ‎aerosols and water vapor on the dynamics ‎of the Saharan Heat Low (SHL) using a ‎combination of space-borne observations ‎‎(MODIS, OMI, CALIOP) and a radiative ‎transfer model (STREAMER). The mean ‎seasonal variability of aerosol optical depth ‎‎(AOD) and integrated water vapor content ‎‎(IWVC) over the Sahara, averaged over the ‎last 11 years, is found to be well correlated ‎with the seasonal evolution of the SHL. ‎After the onset of the SHL, the IWVC is ‎observed to increase steadily over the ‎Sahara while the AOD exhibits a localized ‎maximum during August associated with the ‎presence of deep convective systems ‎forming over the Hoggar Mountains.‎To estimate the seasonal radiative impact of ‎water vapor and desert aerosols, ‎STREAMER was used to calculate the net ‎monthly radiative budget from May to ‎September. Average monthly temperature ‎and humidity profiles obtained from the ‎European center for medium range weather ‎forecast (ECMWF) analyses and extinction ‎coefficient profiles derived from CALIOP ‎are used as input parameters for the model ‎calculation.‎Our work shows that the aerosols forcing in ‎the shortwave (SW) dominates the net ‎surface radiative budget, while water vapor ‎is the strongest player in terms of longwave ‎‎(LW) forcing. The SW and LW forcing ‎associated with aerosols and water vapor, ‎respectively, contribute to heating the lower ‎troposphere over the Sahara during the ‎summer (when the SHL is over the Sahara).‎ In turn, this heating intensifies the cyclonic ‎circulation of the SHL thereby leading to ‎enhanced advection of water vapor ‎towards the Sahara.‎Hence, analyzing the decadal trends of ‎water vapor in the Tropics and sub-Tropics ‎is important to increase knowledge of the ‎dynamics of the SHL, a pivotal feature of ‎the West African Monsoon system.‎For the first time we show the impact of the ‎variability of ‎the ‎African ‎monsoon ‎associated with the ‎modulation of the latitude of intertropical ‎discontinuity (ITD), the Saharan Heat Low ‎‎(SHL), the low level jet (LLJ) and African ‎Easterly Jet (AEJ) ‎on the uprising of dust ‎during the periods of June 2006 and June ‎‎2011, corresponding to the AMMA and ‎FENNEC field campaigns, respectively.‎

La carotte MD92-1002 prélevée dans le Golfe d’Aden (12°01’32 N- 44°19’02E -1327 m de profondeur) fournit un enregistrement paléoenvironnemental et paléoclimatique unique permettant de discuter l’évolution des milieux continentaux et océaniques depuis 20 000 ans BP. J’ai effectué l'analyse des palynomorphes continentaux (grains de pollen, spores, champignons, charbons et algues d'eau douces) et marins (kystes de dinoflagellés, œufs de copépodes) et j’ai combiné ces données à des paramètres géochimiques (δ¹⁸O, analyses élémentaires par Fluorescence X) et sédimentaires (taux de sédimentation, teneurs en carbone organique). Les grains de pollen révèlent des conditions régionales hyper-arides pendant la période glaciaire caractérisée par une végétation clairsemée d’origine Saharo-Sindienne. L'abondance des taxons steppiques associés aux microparticules de charbon suggère une activité éolienne élevée. Les marqueurs d’humidité augmentent dès 14 900 ans BP et atteignent leur maximum entre 9 000 et 7 500 ans BP, au moment où se développe une mangrove à Rhizophora dans le Golfe d’Aden reflétant des conditions tropicales avec une saison pluvieuse d’été. La chronologie des événements élaborée à partir des résultats polliniques et des enregistrements continentaux tels les témoins des lacs et marécages et les spéléothèmes de Socotra et d’Oman documente la progression vers le Nord et l’Ouest de la limite estivale de la Zone de Convergence Inter-Tropicale (ITCZ) au cours de la transition glaciaire-interglaciaire, au moment de la mise en place de la Période Humide Holocène (PHH). L'ITCZ est localisée au Sud de l'Ethiopie à 19 000 ans BP puis migre vers le Nord pour atteindre Socotra à 14 510 ans BP, Qunf à 10 400 ans BP et Hoti à 10 000 ans BP. Les mouvements de l'ITCZ vers l'Ouest sont documentés par le développement de la mangrove à Rhizophora à partir de 12 600 ans BP. La carotte MD 92-1002 permet également de documenter la fin de la PHH qui débute très tôt comparativement à ce qui est observé en Afrique nord tropicale, en deux étapes successivement datées de 7500 et 4000 BP. Les assemblages de dinoflagellés montrent que la période glaciaire est caractérisée par de faibles upwellings et des eaux profondes bien ventilées. La productivité primaire marine dans le Golfe d’Aden augmente à partir de 14 500 ans BP et atteint un maximum pendant la transition glaciaire/interglaciaire, entre 12 600 et 10 800 ans BP. Il survient ~ 3 000 ans avant le pic d’intensité des upwellings de la marge d’Oman associé au maximum des vents de la mousson du S-O. Cette singularité pourrait s’expliquer par les conditions très particulières du Golfe d’Aden qui est situé à l’intersection de deux systèmes de vents orthogonaux pendant l’été boréal (des vents du S-O à l’Est du golfe et des vents orientés du N-O en provenance de la Mer Rouge). La courbe de COT révèle une nette variabilité Glaciaire/Interglaciaire, largement découplée des variations des assemblages de dinoflagellés. Cela suggère que la teneur en matière organique est essentiellement contrôlée par la préservation sur le fond marin. / Core MD92-1002 retrieved from the Gulf of Aden (12°01’32 N- 44°19’02E -1327 m of water depth) provides a unique paleoenvironmental and paleoclimatic record to study the evolution of continental and marine environments since 20 ka. I performed palynological analyses (pollen grains, spores, fungi, charcoal, freshwater algae, dinoflagellate cysts, copepod eggs) and combined those data with geochemical (δ¹⁸O, X-Ray Fluorescence) and sedimentological parameters (e.g. sedimentation rates, Total Organic Carbon (TOC)). Pollen grains reveal regional hyper-arid conditions during the glacial period, characterized by sparse vegetation cover of Saharo-Sindian origin. The abundance of steppic taxa associated with charcoal fragments suggests strong wind activity. Humidity tracers increased from 14.9 ka and reached their maximum between 9 and 7.5 ka. This maximum is characterized by the development of the tropical mangrove Rhizophora in the Gulf of Aden, reflecting tropical conditions with summer monsoon rains. The timing of events deduced from palynological records and continental data such as lacustrine and palustrine deposits and speleothems from Socotra and Oman, reveals a northward and westward shift of the Inter-Tropical Convergence Zone (ITCZ) summer position at the onset of the Holocene Humid Period (HHP). The ITCZ was located in southern Ethiopia at 19 ka, then migrated northward to reach Socotra at 14.51 ka, Qunf at 10.4 ka and Hoti at 10 ka. Westward shift of ITCZ is suggested by the development of mangrove (Rhizophora) from 12.5 ka. Core MD 92-1002 reveals that HHP termination took place earlier than over tropical North Africa, in two main steps dated at 7.5 and 4 ka, respectively. Dinoflagellate cyst assemblages suggest that the glacial period was characterized by weakened upwellings and well-ventilated bottom water. Primary productivity in the Gulf of Aden increased from 14.5 ka and reached its maximum during the glacial/interglacial transition between 12.6 and 10.8 ka. It took place about ~ 3 ka earlier than the peak intensity of upwellings off the Oman margin, which is associated with the maximum of SW monsoonal winds. This singularity could be explained by the landlocked position of the gulf, at the junction between two orthogonal wind regimes during the boreal summer season (SW monsoon winds prevailing to the East of the Gulf, while NW winds blow along the main axis of the Red Sea to the west). TOC analysis reveals a Glacial-Interglacial variability that is largely decoupled from our reconstruction of surface productivity, suggesting that organic content is mainly controlled by preservation at the sea floor.

L’objectif de cette thèse est de déterminer une reconstruction de l’altération continentale dans le bassin du Nil depuis 100.000 ans, afin de mieux comprendre l’impact des variations climatiques sur les sols, les apports à la Méditerranée et le cycle du carbone. Ce travail repose sur une étude géochimique fine des argiles extraites d’archives sédimentaires du delta du Nil sur une échelle de temps de 100.000 ans. Il repose sur une approche inédite du couplage d’un traceur de source (isotopes du néodyme) et de traceurs d’altérations (isotopes du lithium). Les résultats de cette étude mettent en évidence une réponse rapide de l’altération continentale aux variations hydro-climatique en Afrique du Nord. De plus, les changements climatiques en Atlantique Nord et du ralentissement de l’AMOC ont eu une influence importante sur la diminution de l’intensité d’altération continentale dans le bassin du Nil. A l’actuel, les taux d’altération, et la consommation de CO2 associée, des trapps d’Ethiopie sont relativement faibles par rapport aux autres régions basaltiques. Nos résultats montrent cependant que durant l’African Humid Period, la consommation de CO2 dans cette région était 2 à 3 fois plus importante qu’aujourd’hui. Cela indique que les trapps d’Ethiopie ont pu jouer un rôle non négligeable dans le cycle du CO2, et en particulier lors des périodes de fort runoff. Enfin, des développements analytiques ont été réalisés afin de pouvoir exploiter les compositions isotopiques en lithium des carbonates biogéniques marins, comme nouveaux traceurs des apports en eau douce du Nil. Les résultats obtenus suggèrent une influence des effets dits « vitaux » et des processus de diagénèse. / This thesis presents a reconstruction of the chemical weathering in the Nile basin since 100.000 years. His objective is to better understand the impact of climatic variations on chemical weathering, to better. This work is based on the geochemistry study on marine core recorded in the Nile delta, on a time scale of 100.000 years. It use a novel approach with the coupling of à source tracer (εNd) and chemical weathering tracers (δ7Li and elementary ratios) on the fine fraction (< 2µm). In addition, it was analyzed samples of each actual Nil sources and a core sample from Tana Lack (Ethiopie). The results of this studies have enabled to reconstruct the chemical weathering variations in the Nile basin since 100.000 years. It show a rapid respond of chemical weathering to climate variations. This was also observed by important impact of North Atlantic climate variations on the decrease of chemical weathering in the Nile basin. At present, the chemical weathering flux and the CO2 consumption of the Ethiopian traps are low comparted to the other basaltic regions, as the Deccan. However, our results show that during the most humid periods (African Humid Period) the CO2 consumption was 2 to 3 time higher than today. This indicates that the Ethiopian traps could be have played a non-negligible role in the global CO2 cycle during the Cenozoic, and principally during the most humid periods in North Africa. Finally, analytical developments have been realized to be able to exploit the lithium isotopes on biogenic carbonates as a new tracer of Nile water flood. The results suggest an influence of “vital” effect and diagenetic process.

Les variations multidécennales et saisonnières de la Mousson Ouest-Africaine (MOA) au cours des deux derniers millénaires dans la région sahélienne sont peu documentées en raison du manque d'archives paléoclimatiques. Pour cela, on se propose dans ce travail de thèse d'explorer une nouvelle archive paléoclimatique basée sur l'étude sclérochronologique des coquilles du mollusque bivalve Anadara senilis dans des amas coquilliers fossiles afin de reconstituer les variations hydrologiques multidécennales et saisonnières dans le Delta du Saloum au Sénégal de 460 à 1090 A.D. L'hydrologie de cet estuaire hypersalin est très sensible aux variations de la MOA. Les variations hydrologiques passées sont reconstituées à travers des analyses isotopiques (δ18O, δ13C) des coquilles modernes et des coquilles fossiles dans le delta. Le signal isotopique saisonnier de ces coquilles retrace fidèlement les variations hydrologiques liées au régime de la mousson. Nos résultats montrent que ces variations isotopiques, associées aux stries de croissance dont la périodicité est connue, permettent de reconstituer les durées des saisons avec une précision de 25 jours, une précision jamais atteinte dans les études paléoclimatiques antérieures dans la région sahélienne. Les variations hydrologiques multidécennales sont reconstituées à travers la composition isotopique des coquilles fossiles prélevées dans un amas coquillier massif (Dioron Boumak) dont le taux d'accumulation est très important. Les coquilles fossiles prélevées dans cet amas présentent des valeurs isotopiques moyennes en δ18O plus négatives de 1.4 ‰ par rapport à leurs analogues modernes. Ceci est une indication que les conditions hydrologiques étaient plus douces qu'aujourd'hui dans le Saloum qui n'était pas hypersalin à cette époque. Le bilan Précipitation-Evaporation était par conséquent plus positif en réponse à des pluies plus intenses et/ou plus étalées dans le temps de 460 à 1090 A.D. Il semblerait que les pluies hivernales et printanières, caractéristiques de la frange littorale sénégalo-mauritanienne, plutôt rares et insignifiantes de nos jours se produisaient plus fréquemment pendant cette période. La jonction entre ces pluies et les pluies de mousson aurait favorisé l'établissement de saisons des pluies beaucoup plus longues (~5 mois environ au lieu de 3 aujourd'hui) et une augmentation du bilan Précipitation-Evaporation. Cette étude met en lumière le potentiel considérable d'A. senilis comme archive paléoclimatique à haute résolution de la variabilité des précipitation dans la région sénégalaise. Elle montre également l'importance de la saisonnalité des précipitations dans les cycles hydrologiques passés dans cette région qui doit être prise en compte dans les études paléoclimatiques futures. / The multidecadal and seasonal variations of the West African Monsoon (WAM) in the last two millennia remain poorly documented in the Sahel region because paleoclimate archives are lacking. For this, we propose in this PhD thesis a sclerochronological study of the mollusk bivalve Anadara senilis from massive shell middens to reconstruct multidecadal and seasonal variations of hydrological conditions in the Saloum Delta (Senegal) between AD 460 and 1090. Hydrological conditions in this hypersaline estuary are highly sensitive to the WAM variations.Past hydrological variations are reconstructed by using isotopic composition (δ18O, δ13C) of modern and fossil shells in this Delta. The shells' seasonal isotopic signals reflect faithfully hydrological variations, linked to monsoonal regime. Our results show that the variations of these seasonal isotopic signals, associated to shell growth patterns with known periodicities allow the reconstruction of season durations with a precision of 25 days, a precision that has never been achieved in paleoclimate studies in the Sahel region.Multidecadal variations of hydrological conditions are reconstructed by using isotopic composition of fossil shells collected in the massive shell middens (Dioron Boumak), characterized by high accumulation rate. The averaged δ18O value of fossil shells was more negative by 1.4‰ compared to modern shells' isotopic signature. This result indicates fresher mean conditions in the Saloum Delta that was likely not hypersaline as it is today. The precipitation-evaporation budget was thus more positive in response to a more intense and/or longer rainfall season during from AD 460 to 1090. We propose that winter and early spring rainfall events, which are observed very occasionally today, were occurring frequently during this period. These rains restricted to the western Sahelian coast and followed by the monsoon would have increased the total duration of the rainy season (~ 5 months instead of 3 months today) and substantially increased the annual precipitation-evaporation budget.This study shed light on the high potential of A. senilis as a high resolution paleoclimate archive of rainfall variability in the Sahel region. It shows also the importance of rainfall seasonality in past hydrological cycles that should be taken into account in the future paleoclimate studies.

Ce travail de thèse est une étude multi-échelles de temps de la morphodynamique d'une île barrière soumise à des conditions de forçages paroxysmaux de mousson, de tempêtes tropicales et de typhons. Cette étude se concentre dans un premier temps, sur un large travail de terrain effectué dans le cadre du projet KUN-SHEN. Sept mois de mesures (de novembre 2011 à janvier 2012 et de mai à septembre 2012) ont permis l'acquisition d'un jeu de données inédit dans la littérature, exhaustif et de haute résolution temporelle et spatiale. Des mesures hydrodynamiques du large jusqu’à la zone de jet de rive ont été acquises en parallèle d'un suivi topographique de la plage émergée. Les mesures de vagues ont été acquises à partir d'une bouée au large, de deux houlographes-courantomètres en avant-côte (mesures en continu à 2 Hz) ainsi que de pressiomètres enfouis dans la plage sub-aérienne (mesures en continu à 5 Hz). Les levés topo-bathymétriques ont été réalisés au D-GPS (résolution centimétrique) une fois par semaine pendant la saison de mousson et juste après et avant chaque événements de tempêtes extrêmes pendant la saison des typhons. Le travail d'analyse cible ensuite la morphodynamique de la zone de jet de rive et de la plage émergée sur un panel d’échelles spatio-temporelles allant de l'instantanée à annuelle. A l’échelle instantanée, ce sont les variations d’élévation de la surface libre de l'eau et du lit sableux (quelques secondes) qui sont observées au cours de chacune des phases (montant, apex, tombant) de la tempête tropicale Talim (juin 2012, Hs = 10.34 m et Ts = 14.6 s). Pour le même événement de tempête, la réponse morphologique de toute la plage émergée est ensuite décrite et quantifiée dans le détail à l’échelle événementielle (quelques jours). Les bilans sédimentaires de chacune des saisons sont ensuite quantifiés dans le but de caractériser la dynamique saisonnière (quelques mois) à annuelle d'une barrière sableuse soumise à deux types de forçages extrêmes différents (mousson/typhons). L'impact sur le front de plage, des groupes de tempêtes faibles à modérées pendant l'hiver est ainsi comparé à l'impact des tempêtes extrêmes pendant l'été. On souligne finalement 1) l'importance d'un jeu de mesures in-situ de bonne qualité dans un travail d'analyse morphodynamique, 2) l'essentialité de l’emboîtement des échelles spatio-temporelle ainsi que 3) le rôle du profil morphologique héritée dans la réponse morphologique d'une plage émergée lorsqu'elle est soumise à des conditions de forçages de vent et de vague extrêmes. / This work focuses on a multi-scale analysis of a sand barrier morphodynamics exposed to paroxysmal forcings of monsoon, tropical storms, and typhoons. The study provided a large dataset of in-situ measures acquired in the framework of the KUNSHEN project. Seven months of field work (from November 2011 to January 2012 and from May to September 2012) provided a new, exhaustive and hight resolution measures. Measures of hydrodynamic conditions from offshore to the swash zone are acquired as well as high frequency topographic surveys of the emerged beach. Waves monitoring are from an offshore buoy, two current profilers in the shoreface (continuous measures at 2 Hz) and pressure sensors buried in the sub-aerial beach (continuous measures at 5 Hz). The topo-bathymetric surveys were acquired using D-GPS (centimetric resolution) one time a week during winter season of monsoon and just before and after each extreme storm during summer season of typhoons.Then, analysis focus in the morphodynamics of the swash zone and the emerged beach on a range of scales from instantaneous to one year. At the instantaneous scale, we analyze variations of the water surface fluctuation and sand bed elevation (seconds) during each phases (rising, apex and falling) of the Talim tropical storm (June 2012, Hs = 10.34 m and Ts = 14.6 s). Concerning the same storm, we characterize the morphologic changes of the whole emerged beach at the evenemential scale (days). Sand balances of each seasons are quantified in order to characterize the dynamics from seasonal scale (months) to annual scale of a sand barrier driven by two types of extreme forcings (monsoon/typhoons). On the beach-front, impact of groups of winter weak storms is compared to the impact of extremes tropical storms and typhoons. To conclude, we highlight 1) importance of in-situ measures in morphodynamic studies, 2) the major role of scales stacking and 3) the role of herited beach profile in the morphologic responses of the emerged beach driven by extremes forcings of wind and wave.

Les ondes d'est africaines (AEWs) sont des perturbations baroclines synoptiques (périodes 3-5 jours; longueurs d'onde 2000-5000 km) qui se propagent d'est en ouest sur le continent ouest-africain de manière intermittente au cours de la saison de mousson. Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre l'intermittence intra-saisonnière des AEWs en combinant des considérations sur l'origine et le déclenchement des ondes, et sur l'influence de l'environnement de croissance, en particulier le jet d'est africain (AEJ). Une analyse statistique permet de souligner les relations complexes entre les fluctuations intra-saisonnières de l'AEJ, la convection et l'activité en AEWs dans les observations. Une approche de modélisation idéalisée est également adoptée, qui met en oeuvre un modèle atmosphérique global uniquement dynamique et guidé par un terme de forçage constant dérivé des observations. Dans une première configuration, des AEWs sont déclenchées sur un état de base fixe en réponse transitoire à un chauffage convectif appliqué localement en amont de l'AEJ. L'efficacité d'un tel déclenchement est testée sur un large jeu d'états de base constitués à partir des observations pour représenter la variabilité intra-saisonnière de l'AEJ. Il est mis en évidence une forte dépendance de la réponse transitoire à l'état de base. Une deuxième configuration du forçage laisse le modèle libre de développer sa propre activité transitoire. Des AEWs réalistes se développent de manière intermittente dans ce GCM simple. Il est montré qu'elles y sont déclenchées par des précurseurs de nature dynamique, originaires des moyennes latitudes (de l'Atlantique nord en particulier).

L'objectif principal de ce travail a été de faire le diagnostic de la variabilité du système de mousson lors de son installation sur l'Afrique de l'Ouest et d'en mesurer la prévisibilité. Nous avons tout d'abord cherché si les fluctuations pluviométriques d'une année pouvaient être partiellement sous le contrôle d'une mémoire à long terme via des interactions entre surface continentale et atmosphère. Les résultats sont dépendants des jeux de données. Alors que l'humidité des sols des réanalyses ERA40 montre peu de sensibilité à l'excès pluviométrique automnal les données du SWI et les réanalyses NCEP-DOE AMIP-II révèlent que des anomalies positives automnales peuvent avoir des répercussions sur l'humidité des sols superficiels jusqu'en mai en zone soudanienne. Ces anomalies changent drastiquement les gradients horizontaux d'énergie dans les basses couches. La fin de la saison des pluies semble donc cruciale, aussi bien pour les conditions initiales de surface de la mousson suivante que pour les paramètres dynamiques de la mousson et les précipitations associées. Lors de son installation sur le continent le système de mousson enregistre des fluctuations caractérisées par une alternance entre les phases actives (pendant lesquelles les précipitations augmentent) et les pauses (pendant lesquelles les pluies stagnent, voire décroissent). Deux méthodes différentes de caractérisation et datation de ces fluctuations ont été mises au point sur deux jeux de données (CMAP et GPCP) apportant des résultats concordants. Les pauses significatives sont généralement au nombre de quatre. En moyenne, la 1ère est comprise entre le 19 mars et le 8 avril, la 2ème entre le 28 avril et le 13 mai, la 3ème entre le 2 juin et le 27 juin et, enfin, la 4ème entre le 22 juillet et le 11 août. La synchronisation entre les zones soudano-sahéliennes et guinéenne (pauses n°1 et n°2) permet de réviser la vision classique de la modulation intrasaisonnière de la mousson ouest-africaine et suggère que les événements détectés localement s'inscrivent dans une dynamique de plus large échelle. L'existence de ce type de modulation a également été prouvée au Sénégal où il a été démontré d'autre part que la péjoration pluviométrique (à partir de la fin des 60's) n'a ni modifié le schéma d'alternance « pauses/phases actives », ni son organisation annuelle (calendrier). Suite à la mise au point d'une méthode de détection du démarrage de la saison des pluies soudano-sahélienne une étude de prévisibilité a été effectuée. La détection s'est appuyée sur un indice décrivant la migration latitudinale de la ZCIT. En moyenne, la date de démarrage intervient entre les 22 et 23 juin. Le démarrage de la saison des pluies soudano-sahélienne est particulièrement sensible aux modulations de l'intensité des gradients de pression, de précipitations et d'énergie statique humide à 1 000 hPa. La meilleure modélisation statistique, basée sur les précipitations, permet d'expliquer 73 % de variance. Enfin, l'impact des paramètres climatiques sur la présence et l'abondance saisonnière des principaux vecteurs du paludisme a été recherché à Ndiop (Siné Saloum, Sénégal). Dans ce village, le complexe An. gambiae s.l. prédomine sur An. funestus. Le trait commun de la variabilité interannuelle de ces deux espèces est l'importante augmentation du nombre d'attaques lors de l'année 1999. Pour An. funestus, il s'agit, à cette latitude, du retour en nombre car il avait presque totalement disparu depuis la sécheresse. L'analyse de la relation entre précipitations et premières attaques vectorielles annuelles montre des résultats peu stables s'expliquant par : la non-prise en compte de paramètres primordiaux non mesurés localement (température et hygrométrie in situ, hauteur des mares, etc.) et la représentativité insuffisante de l'indice de précipitations utilisé par rapport à l'environnement pluviométrique réellement observé à plus petite échelle. Le phénomène de recrudescence vectorielle de 1999 trouve son origine dans les importantes précipitations des mois d'août, septembre et octobre ayant entraîné les plus grands cumuls pluviométriques annuels de la période 1993-1998. Dès septembre, l'humidité des sols associée a certainement joué un rôle important dans l'augmentation des densités agressives. La cartographie des anomalies de ces paramètres a suggéré que cet événement a pu potentiellement intervenir dans de nombreuses zones de la frange soudano-sahélienne. En termes de prévisibilité, il a été montré qu'aux pas de temps interannuel et intrasaisonnier, les densités d'An. gambiae s.l. peuvent être correctement reproduites. Au contraire, les densités d'An. funestus, vu ses préférences écologiques, ne sont pas très bien simulées par les modèles statistiques en raison de la mauvaise prise en compte des précipitations sur le long terme.

The climate of West Africa is characterised by a monsoonal system that brings rainfall onto the subcontinent during an annual rainy season. From the late 60's to the mid-90's, rainfall levels significantly below average were observed, which brought severe socio-economic implications. The causes of the uncharacteristically long drought period, and indeed the mechanisms underpinning West African climate were poorly understood at the time, but have since attracted growing attention from the scientific community. Amongst the factors identified as critical is the interaction between the Earth surface and the atmosphere. To investigate these interactions over West Africa we have adopted an approach based upon regional climate modelling, an internationally recognised discipline enabling the representation of past and future climates, and the study of specific meteorological mechanisms. Using the regional climate model MAR, we have carried out simulations of the West African climate for the years 1986, 1987, and 1988. To improve the accuracy with which the model represents the biosphere, a new dataset describing the local vegetation was incorporated and a new scheme for the representation of roots implemented. A measure of the internal variability inherent to all results produced with this, and other such models, was determined. Subsequently, the influence of soil moisture anomalies on the model behaviour was investigated. The latest version of the model was validated by comparing it to observational data for selected years. Our results have prooven the ability of the improved MAR to simulate the West African climate, its monsoon and its spatial and temporal behaviour and provide strong evidence of its suitability for further investigation of the surface-atmosphere interactions over West Africa.

The climate of West Africa is characterised by a monsoonal system that brings rainfall onto the subcontinent during an annual rainy season. From the late 60's to the mid-90's, rainfall levels significantly below average were observed, which brought severe socio-economic implications. The causes of the uncharacteristically long drought period, and indeed the mechanisms underpinning West African climate were poorly understood at the time, but have since attracted growing attention from the scientific community. Amongst the factors identified as critical is the interaction between the Earth surface and the atmosphere. To investigate these interactions over West Africa we have adopted an approach based upon regional climate modelling, an internationally recognised discipline enabling the representation of past and future climates, and the study of specific meteorological mechanisms. Using the regional climate model MAR, we have carried out simulations of the West African climate for the years 1986, 1987, and 1988. To improve the accuracy with which the model represents the biosphere, a new dataset describing the local vegetation was incorporated and a new scheme for the representation of roots implemented. A measure of the internal variability inherent to all results produced with this, and other such models, was determined. Subsequently, the influence of soil moisture anomalies on the model behaviour was investigated. The latest version of the model was validated by comparing it to observational data for selected years. Our results have prooven the ability of the improved MAR to simulate the West African climate, its monsoon and its spatial and temporal behaviour and provide strong evidence of its suitability for further investigation of the surface-atmosphere interactions over West Africa.

Dans le cadre du présent travail de recherche, deux nouveaux mécanismes de soulèvements d'aérosols désertiques en Afrique de l'Ouest, durant la saison de mousson, ont été identifiés: 1- Le premier étant lié aux forts vents turbulents au niveau du front de mousson dans la région du front intertropical, très actif durant la nuit et les premières heures de la journée (Bou Karam et al., 2008). 2- Le deuxième est lié à la formation de cyclones dans la région du front intertropical, phénomène mis en évidence au cours de cette thèse, comme étant la réponse: (a) Au blocage orographique exercé par les massifs du Hoggar et de l'Air sur les masses d'air froides advectées au dessus du continent Nord Africain depuis la Méditerranée et (b) au cisaillement horizontal caractérisant le front intertropical (Bou Karam et al., 2009a). Les mécanismes identifiés, en plus de leur efficacité en termes d'émissions d'aérosols, offrent des conditions dynamiques nécessaires pour l'injection des aérosols mobilisés à des hautes altitudes, leurs donnant ainsi le potentiel pour contribuer au transport à grandes échelles spatiales et temporelles. La représentativité dans le modèle atmosphérique MesoNH de trois mécanismes forçant les émissions d'aérosols a été examinée. Ainsi, le modèle était capable de reproduire d'une manière très satisfaisante les soulèvements associés: Aux jets de basses couches (Todd et al., 2009), au front de mousson (Bou Karam et al., 2009b) et aux cyclones sahéliens (Bou Karam et al., 2009a). Par ailleurs, les études numériques ont permis de quantifier les émissions associées à chacun des mécanismes, les résultats du modèle ont suggéré que les émissions dans la région du front intertropical, durant la saison de mousson quand le front est positionné au-dessus des hot-spots de l'Afrique de l'Ouest, sont du même ordre (0.8 Tg en moyenne par jour) que celles estimées dans la région de Bodélé au Tchad, connue pour être la région source la plus importante de l'Afrique au nord de l'Equateur