Chaque jour, des décisions doivent être prises quant à la quantité d'hydroélectricité produite au Québec. Ces décisions reposent sur la prévision des apports en eau dans les bassins versants produite à l'aide de modèles hydrologiques. Ces modèles prennent en compte plusieurs facteurs, dont notamment la présence ou l'absence de neige au sol. Cette information est primordiale durant la fonte printanière pour anticiper les apports à venir, puisqu'entre 30 et 40% du volume de crue peut provenir de la fonte du couvert nival. Il est donc nécessaire pour les prévisionnistes de pouvoir suivre l'évolution du couvert de neige de façon quotidienne afin d'ajuster leurs prévisions selon le phénomène de fonte. Des méthodes pour cartographier la neige au sol sont actuellement utilisées à l'Institut de recherche d'Hydro-Québec (IREQ), mais elles présentent quelques lacunes. Ce mémoire a pour objectif d'utiliser des données de télédétection en micro-ondes passives (le gradient de températures de brillance en position verticale (GTV)) à l'aide d'une approche statistique afin de produire des cartes neige/non-neige et d'en quantifier l'incertitude de classification. Pour ce faire, le GTV a été utilisé afin de calculer une probabilité de neige quotidienne via les mélanges de lois normales selon la statistique bayésienne. Par la suite, ces probabilités ont été modélisées à l'aide de la régression linéaire sur les logits et des cartographies du couvert nival ont été produites. Les résultats des modèles ont été validés qualitativement et quantitativement, puis leur intégration à Hydro-Québec a été discutée. / Every day, decisions must be made about the amount of hydroelectricity produced in Quebec. These decisions are based on the prediction of water inflow in watersheds based on hydrological models. These models take into account several factors, including the presence or absence of snow. This information is critical during the spring melt to anticipate future flows, since between 30 and 40 % of the flood volume may come from the melting of the snow cover. It is therefore necessary for forecasters to be able to monitor on a daily basis the snow cover to adjust their expectations about the melting phenomenon. Some methods to map snow on the ground are currently used at the Institut de recherche d'Hydro-Québec (IREQ), but they have some shortcomings. This master thesis's main goal is to use remote sensing passive microwave data (the vertically polarized brightness temperature gradient ratio (GTV)) with a statistical approach to produce snow maps and to quantify the classification uncertainty. In order to do this, the GTV has been used to calculate a daily probability of snow via a Gaussian mixture model using Bayesian statistics. Subsequently, these probabilities were modeled using linear regression models on logits and snow cover maps were produced. The models results were validated qualitatively and quantitatively, and their integration at Hydro-Québec was discussed.

Il est aujourd'hui avéré que la composition chimique de l'atmosphère des régions enneigées – et notamment des régions polaires – est sensiblement affectée par les échanges d'espèces chimiques réactives entre l'air et la neige. En effet, le manteau neigeux constitue un véritable réacteur photochimique multiphasique, mais les mécanismes physico-chimiques à l'œuvre en son sein sont encore mal connus. Une compréhension détaillée des processus s'y déroulant est indispensable pour modéliser correctement la composition et la réactivité de l'atmosphère au-dessus des régions enneigées. De plus, la reconstitution de l'évolution post-dépôt des composés chimiques stables de la neige est également un préalable indispensable pour permettre l'interprétation paléoclimatique de leurs profils de concentration enregistrés dans les carottes de glace.Le nitrate (NO3-) présent dans la neige joue un rôle fondamental, car sa photolyse induit notamment l'émission d'oxydes d'azote (NOx = NO + NO2) par le manteau neigeux, qui modifient la capacité oxydante de l'atmosphère via la production d'ozone. L'objet de cette thèse a donc été d'étudier par modélisations les processus physico-chimiques intervenants dans l'évolution de la concentration du nitrate dans la neige.Une première approche, prolongeant des études préexistantes, a visé à identifier un mécanisme réactionnel pour la photochimie du nitrate dans la neige, en postulant notamment l'existence d'une couche quasi-liquide à la surface des grains de neige. Néanmoins, les propriétés exactes de l'interface air – glace sont, à l'heure actuelle, encore mal caractérisées, et il est apparu que cette démarche présentait de trop larges incertitudes pour être poursuivie.Une discussion approfondie a alors été menée afin d'évaluer les tentatives actuelles de modélisation de la chimie de la neige, et dans le but de proposer une nouvelle approche plus réaliste au regard du niveau de connaissance actuel.Ainsi, dans une seconde partie, l'ensemble des processus d'échange physico-chimiques du nitrate entre l'air et la neige ont été étudiés puis modélisés : adsorption à la surface, diffusion en phase solide et co-condensation. Parmi les résultats obtenus, il est apparu que les paramétrisations actuelles de la couverture surfacique en nitrate étaient incapables de reproduire les concentrations mesurées, dans le cas de la neige de surface à Dome C, et révèlent d'importantes surestimations. A contratio, la prise en compte conjointe de la diffusion en phase solide ainsi que d'un processus de co-condensation permet de bien reproduire qualitativement les séries temporelles de plus d'un an, couvrant donc à la fois l'été et l'hiver austral, qui présentent chacun des caractéristiques distinctes en terme de concentration mesurées.Cette étude révèle ainsi l'importance de ces processus physico-chimiques d'échange dans la modélisation de la chimie de la neige, et pose les bases des mécanismes à prendre en compte dans le cadre de développements futurs. / It is increasingly recognized that the atmosphere composition of snow covered regions – especially polar regions – is noticeably affected by air-snow interactions. Indeed, the snowpack is a multiphase reactor, but physico-chemical processes which take place inside are still poorly understood. A detailled understanding of snow-atmosphere interactions is essential for understanding and modeling properly the composition and reactivity of the atmosphere above snow covered regions. Reconstructions of past trends in atmospheric composition using ice cores also require to understand snowpack processes that affected the composition of interstitial air and burried snow after its deposition.Nitrate (NO3-) present in the snowpack plays an important role as it photochemically produces nitrogen oxides (NOx=NO+NO2), which affect the oxidative capacity of the atmosphere through ozone production.This thesis thus aimed at studying physico-chemical processes which take place inside the snowpack and modify nitrate concentration.In a first part, a reaction mechanism to reproduce nitrate photochemistry in snow were developed, based on previous studies. The main hypothesis was that chemical reactions take place in a quasi-liquid layer located on the surface of snow cristals. However, the properties of this ice-air interface are poorly known, and it appeared that this approach had too many uncertainties to be continued.Then, a thorough discussion were carried out to assess current attempts in snow chemistry modeling, and to propose another approach which could prevail given current knowledge on this topic.In a second part, physico-chemical exchange processes between air and snow were studied and modeled. This concerned adsorption, solid phase diffusion and co-condensation. Among the results that arise, it appeared that current parameterizations of nitrate surface coverage are unable to reproduce measured concentrations, in the studied case of Dome C surface snow, and further reveal sizeable overestimations. On the contrary, simultaneous modeling of solid phase diffusion and co-condensation allows a qualitatively good reproduction of measurements, which cover more than a year, thus including both austral summer and winter with their specific features.This study reveals the importance of exchange processes for snow chemistry modeling, and give basis for future work on this topic.

Les expériences scolaires menées à Vanves par le Docteur Max Fourestier sont un « lieu de mémoire » de l’histoire de l’éducation physique et sportive du milieu du XXe siècle. Ancré dans Les Trente Glorieuses, ce travail heuristique vise à décrire la place et le rôle des pratiques corporelles au sein des diverses expérimentations (mi-temps pédagogique et sportif, classe de neige, classe de sieste, classe de forêt ou encore tiers-temps pédagogique) conçues à l’école Gambetta et, plus généralement, dans les établissements scolaires vanvéens. Croisant des sources variées et originales, l’étude révèle que le processus inhérent à la renommée de l’œuvre de Max Fourestier tient à quatre facteurs complémentaires. Premièrement, le succès de ces idées novatrices est dû à la personnalité et au parcours de vie de leur créateur, doté d’une aura scientifique. Deuxièmement, Max Fourestier fédère des acteurs locaux et s’appuie sur l’identité de la ville de Vanves qui possède des spécificités politiques, éducatives, médicales et sociales. Troisièmement, le médecin scolaire utilise les réseaux, les structures sociales et les échanges interpersonnels pour convaincre, légitimer et diffuser son projet d’école idéale. Enfin, Max Fourestier s’attache à promouvoir son modèle en tirant profit de la modernité et de la force des médias. Ce travail articule majoritairement ces quatre logiques explicatives pour comprendre la naissance de ces innovations scolaires d’envergure internationale en 1950, leur développement entre 1951 et 1967 et enfin leur déclin à partir de 1968 / School experiments carried out by doctor Max Fourestier in Vanves are "places of memory" in the history of sport and physical education in the middle of the twentieth century. Rooted in the postwar economic boom, this heuristic work aims at describing the place and role of corporal practices in various experimentations (equal division of time between school work and sport, snow class, napping class, forest class or equal division of time between school work, physical education and cultural activities) implemented in school Gambetta and, more generally, in all the schools in Vanves. Blending varied and original sources, the study reveals that the inherent process of Max Fourestier's renowned work comes from four complementary factors. Firstly, the success of these innovative ideas is due to the personality and life path of their creator, who was endowed with a scientific aura. Secondly, Max Fourestier brings together local participants and relies on the identity of the town of Vanves which has specific political, educational, medical and social characteristics. Thirdly, the school doctor uses networks, social structures and interpersonal exchanges to convince, legitimize and spread his ideal school project. Finally, Max Fourestier promotes his model by taking advantage of modernity and the power of the media. This work revolves mainly around these four explanatory logics to understand the birth of these worldwide school innovations in 1950, their development between 1951 and 1967 and eventually their decline from 1968 on.

La neige étant une composante importante du climat terrestre, il convient de l'étudier à l'échelle du globe pour en comprendre son rôle.<br /><br />Ces travaux visent ainsi à étudier le contenu en information sur le manteau neigeux à l'échelle globale des observations satellites réalisées à partir de différents instruments couvrant différents domaines du spectre électromagnétique (visible, infrarouge et micro-ondes). Des paramètres autres que la neige interférant dans la problématique, il est nécessaire de les déterminer afin d'encadrer leurs influences. Ensuite, on cherchera comment limiter la pollution qu'engendre ces paramètres sur l'information accessible du manteau neigeux, on aura alors recours à ce que l'on appelera des statistiques locales.<br />Hélas ces statistiques locales ne sont pas disponibles sur l'ensemble du globe. Il est donc inévitable d'utiliser la modélisation pour permettre l'interpolation. Toutefois, une méthode originale d'ajustement de modèle par analyse en composantes principales sera présentée. Au final, la synergie entre les observations satellites, la modélisation et les mesures in situ devra être utilisée pour extraire de façon optimale l'information contenu dans les données et permettre l'inversion de l'épaisseur de neige à grande échelle.<br />D'autre part, il sera intéressant de caractériser les différents types de neiges existants selon une classification non-supervisée des observations satellites afin d'extraire les similitudes et les spécificités de chacun de ces types.

Ce mémoire est consacré à la modélisation mathématique de quelques problèmes environnementaux. Ces travaux couvrent des thématiques allant des vagues jusqu'aux avalanches de neige poudreuse. Cette habilitation se compose de trois parties. La première partie est essentiellement introductive et contient également la description complète des mes activités de recherche. Les travaux scientifiques en lien avec la théorie des vagues sont regroupés dans la partie II. Le spectre des sujets abordés est large. Dans le chapitre 3 nous proposons un Lagrangien généralisé pour le problème des vagues. Cette généralisation permet d'obtenir de nouveaux modèles approchés des vagues dans l'eau profonde, peu profonde ou en profondeur intermédiaire. Dans le même chapitre nous étudions également quelques questions liées à la dissipation visqueuse de l'intumescence. Le chapitre 4 traite de différents aspects de la modélisation des tsunamis. Nous étudions toute la gamme des processus physiques de la génération, transformations d'énergie, propagation jusqu'à l'inondation des côtes. Le chapitre 5 est spécialement dédié aux différents aspects de la simulation numérique et de la modélisation d'inondation. Ces questions sont traitées par différentes approches: les équations de Saint-Venant, les équations de type de Boussinesq et le système de Navier-Stokes bi-fluide. Dans la partie III nous nous intéressons à deux problèmes relevant principalement des écoulements multi-fluides. Le chapitre 6 contient la justification formelle du modèle bifluide à quatre équations proposé avant pour la modélisation des écoulements aérés. Quelques résultats numériques sont également présentés. Les calculs similaires effectués dans le cas barotrope sont donnés dans l'appendice A. Ces résultats peuvent s'appliquer, par exemple, à la simulation numérique du déferlement. Finalement, dans le chapitre 7 nous proposons un nouveau modèle pour les avalanches de neige poudreuse. Ce système est dérivé du Navier-Stokes bifluide classique et possède de bonnes propriétés qualitatives. Les simulations numériques d'interaction d'une avalanche avec obstacle sont présentées.

Toxoplasma gondii, un protozoaire très répandu dans le monde, peut infecter de nombreuses espèces homéothermes incluant les mammifères et les oiseaux qui développent alors une toxoplasmose. L’impact de la toxoplasmose en termes de santé publique est majeur, particulièrement chez les personnes immunodéprimées et les foetus. Les niveaux d’infection humaine dans certaines régions de l’Arctique Canadien sont parmi les plus élevés au monde et ce, malgré l’absence de félidés qui sont les seuls hôtes capables d’excréter T. gondii. Plusieurs études ont suggéré la consommation de viande crue de mammifères marins et notamment de phoques comme source d’infection des Inuits. Notre travail de recherche visait à comprendre les mécanismes de dispersion de T. gondii dans les écosystèmes aquatiques menant à la contamination du milieu marin de l’Arctique par des oocystes, et à évaluer l’importance de cette voie de dispersion dans l’infection des phoques et conséquemment dans celle des Inuits. Notre hypothèse était que les oocystes de T. gondii, excrétés durant l’hiver par des félidés dans le Subarctique et transportés par les rivières pendant la fonte printanière, contaminaient les estuaires de l’Arctique Canadien. Dans un premier temps, une étude transversale de séroprévalence chez les phoques de l’Arctique Canadien a montré que ces populations étaient infectées par T. gondii et pouvaient ainsi a priori constituer une source d’infection pour les Inuit. Des variations spatio-temporelles de la séroprévalence étaient observées suggérant un lien potentiel avec des variations dans la contamination environnementale par les oocystes. Un schéma conceptuel explicitant les mécanismes de transport et de devenir des oocystes de T. gondii, du phénomène de la fonte de la neige jusqu’à l’exposition des organismes marins, a été proposé dans le chapitre suivant. Des interactions entre les différents mécanismes identifiés, qui agissent sur des échelles spatio-temporelles variées, devraient favoriser l’apparition de concentrations relativement élevées aux estuaires permettant ainsi l’exposition et potentiellement l’infection de phoques. Pour évaluer la contamination environnementale par les oocystes excrétés par la population de lynx du bassin versant de l’Arctique Canadien (les seuls félidés majoritairement distribués dans ce vaste territoire), nous avons mené une étude sérologique de type transversale dans cette population. Cette étude a permis de montrer que des lynx étaient infectés par T. gondii et a également suggéré que la dynamique des cycles de populations lynx-lièvres pouvait être un processus important dans la transmission de T. gondii. Finalement, la modélisation du transport hydrique des oocystes a indiqué que les concentrations hypothétiques d’oocystes dans l’eau de la fonte pourraient être suffisantes pour permettre l’exposition au niveau des estuaires de bivalves filtreurs, qui sont des proies pour les phoques et donc potentiellement des sources infectieuses pour ces derniers. Dans des écosystèmes nordiques en pleine mutation, la compréhension des mécanismes de transmission d’agents pathogènes d’origine hydrique comme T. gondii est plus que nécessaire, notamment dans le but de protéger les populations fragilisées de ces régions. / Toxoplasmosis results from infection with Toxoplasma gondii, a widespread protozoan that can infect many species including warm-blooded mammals and birds. The public health impact of toxoplasmosis is important, particularly in immunocompromised individuals and the foetus. Levels of human infection in parts of the Canadian Arctic are among the highest in the world, despite the absence of felids that are the only hosts that can excrete T. gondii. Several studies have suggested that consumption of raw meat of marine mammals including seals is a source of infection for the Inuit. Our research sought to understand the dispersal mechanisms of T. gondii in aquatic ecosystems leading to contamination of the marine environment of the Arctic by oocysts, and to assess the importance of this route of dispersion for infection in seals and consequently in the Inuit. We hypothesized that the T. gondii oocysts excreted during the winter by felids in the subarctic area and transported by rivers during spring melt contaminated the estuaries of the Canadian Arctic. Initially, a cross-sectional study of seroprevalence in seals from the Canadian Arctic showed that these populations were infected with T. gondii and thus a priori could be a source of infection for Inuit. Spatio-temporal variations in seroprevalence were observed suggesting a potential link with variations in environmental contamination by oocysts. A conceptual diagram of the possible mechanisms of transport and fate of T. gondii oocysts, from the melting snow to the exposure of marine organisms, is proposed in the following chapter. Interactions between the various mechanisms identified, which act on various temporal and spatial scales, should favour the appearance of relatively high concentrations in estuaries allowing exposure and potential infection of seals. To assess environmental contamination by oocysts excreted by the lynx population living in the watershed of the Canadian Arctic (the only felines largely distributed in this vast territory), we conducted a serological cross sectional study in this population. This study showed that lynx were infected with T. gondii and also suggested the dynamics of lynx-hare population cycles as an important process in the transmission of T. gondii. Finally, the modeling of hydrological transport of oocysts indicated that the hypothetical concentrations of oocysts in meltwater could be sufficient to permit significant exposure in estuarine filter-feeding bivalves on which seals prey and therefore potentially representing sources of infection for them. In changing northern ecosystems, understanding the mechanisms of transmission of waterborne pathogens, including T.gondii is essential, especially in order to protect vulnerable populations that live in these regions.

Il est maintenant admis que les activités humaines, de par l'ampleur qu'elles ont atteinte depuis l'ère industrielle, sont susceptibles de modifier le climat terrestre (IPCC, 1996). Les paléodonnées climatiques et les modèles d'évolution climatique démontrent que les calottes polaires sont particulièrement sensibles aux changements climatiques globaux. De plus elles sont susceptibles de jouer un rôle important mais inconnu à ce jour, sur le niveau des mers. Le terme positif du bilan de masse des calottes polaires est l'accumulation de neige, le terme négatif est constitué par l'écoulement de la glace vers les océans. La taille des calottes polaires et de leur environnement hostile limitent la quantité de données de terrain disponibles. Seule la télédétection satellitaire est en mesure de fournir des informations sur des échelles géographiques aussi grandes que celles de l'Antarctique ou de l'Arctique et d'en effectuer un suivi régulier dans le temps. Mais pour être facilement interprétées, afin d'en déduire les caractéristiques du manteau neigeux observé depuis l'espace (taille, forme de grains, rugosité de surface...), les données satellitaires doivent être validées et inversées à l'aide de paramétrisations simples. C'est donc en préalable à l'établissement de ces relations, qu'il est nécessaire de développer des modèles de réflectance de la neige (thèse C. Leroux 1996) prenant en compte les caractéristiques physiques et optiques de la neige, et des modèles d'émissivité micro-ondes (thèse S. Surdyck 1993) qui fournissent des informations de volume sur la morphologie du manteau neigeux. Le manteau neigeux est caractérisé par plusieurs paramètres physiques qui dépendent de la profondeur : la température, la densité, la taille et la forme des grains principalement. Il est alors indispensable d'établir une paramétrisation robuste et simple de la taille et de la forme des grains de neige à partir de leur observation. Un moyen d'observation et de mesure est le traitement d'images qui va permettre d' établir ces relations et qui va permettre un traitement automatique d'un grand nombre de données indépendamment de l'observateur. Un autre problème glaciologique, du névé est l'interprétation des données issues de l'analyse des gaz piégés dans les bulles d'air. Cette étude implique, en particulier, la datation de la glace dans le névé lors de la fermeture des pores, indispensable pour déterminer dans la glace profonde l'age du gaz par rapport à la glace qui l'emprisonne. En effet la datation des gaz contenus dans les bulles des carottes de glace s'effectue à partir de l'age de la glace, par conséquent, elle nécessite la connaissance de la différence d'age entre les gaz et la glace lors de la fermeture des pores. A la fermeture des pores, le calcul de l'age de la glace nécessite un modèle de densification et celui de l'age des gaz un modèle de transport dans le névé (thèse L. Amaud 1997). Ces deux modélisations seront pleinement exploitées uniquement si la densité à la fermeture des pores est connue avec précision, d'où le développement d'un troisième modèle physique de la fermeture des pores dans le névé polaire. Les carottages réalisés depuis quelques années dans les régions centrales de l'Antarctique et du Groenland permettent d'obtenir des données expérimentales essentielles pour caractériser le névé polaire. Seul le traitement automatique des images issues de ces données est capable de fournir les paramètres de structure introduits dans les modèles de densification, de fermeture des pores, et de diffusion des gaz. Un autre aspect étudié au Laboratoire de Glaciologie est l'augmentation de la taille moyenne des cristaux de glace (ou grains) avec la profondeur ou l'age de la glace. Ce grossissement des cristaux a été décrit dans la littérature glaciologique (Gow 1969, 1971 et 1975 ; Narita et al. 1978 ; Duval et Lorius 1980 ;A11ey et al. 1982 ; Duval 1985 ; Alley et Bentley 1988). Les analyses des lames minces de glace permettant de déterminer ces lois de grossissement des grains, jusqu'à présent manuelles vont maintenant être réalisées automatiquement par traitement d'images 2D. L'augmentation de la taille moyenne ne représente qu'un seul paramètre des modifications de la microstructirre de la glace liées au grossissement normal des grains. L'utilisation du traitement d'image appliqué à l'étude de ces microstructures va permettre l'observation et l'analyse de ces microstructures en terme d'évolution des distributions de taille et en terme d'évolution de la topologie des grains.

Cette thèse porte sur l'impact du changement climatique du à des gaz à effet de serre sur l'état et l'évolution du pergélisol dans le nord canadien. Le pergélisol se retrouve sur la moitie du territoire canadien et un changement de son état actuel se répercutera dans toutes les sphères d'activité, sur la biosphère et sur l'environnement en général. Malgré l'importance évidente du sujet, il n'y a pas une idée précise comment le pergélisol réagira au changement climatique et jusqu'où la couche pergélisolée sera perturbée. Cette thèse explore ce sujet en utilisant une approche méthodologique s’inspirant de celui du modèle canadien d'évolution de pergélisol (TTOP) et avec une approche théorique basée sur la théorie des systèmes neuronaux complexes. L’objectif général de cette thèse est d’améliorer le modèle canadien d’évolution du pergélisol (TTOP - Temperature on the Top Of Permafrost) créé par Smith et Riseborough en 1996, tant dans sa structure de calcul, que dans sa résolution spatiale et de déterminer l'évolution du pergélisol dans la zone d'étude pour la période 2010-2100. Cette zone est située dans le Bassin Mackenzie (T.N-O) sur un transect nord-sud de 1440 x 720 km. Le premier objectif de recherche est de produire les cartes des valeurs annuelles de température à la partie supérieure du pergélisol de 2010 à 2100 en utilisant un modèle amélioré d'évolution du pergélisol (TTOP-A). Par la suite, ces valeurs sont comparées à celles obtenues par Smith et Riseborough (1996). Les valeurs de température de l'air pour cette période sont fournies par les scénarios d'évolution climatique MCCG3 SRES A1B, MCCG3 SRES A2 et MCCG3 SRES B1. Dans un deuxième temps, cette thèse a pour objectif la production des cartes d'épaisseur de pergélisol jusqu'en 2100 à une résolution spatiale de 25 km. Plus précisément, on détermine l'évolution des valeurs d'épaisseur de pergélisol pour les trois scénarios climatiques mentionnés antérieurement. De plus, l'étude propose: i) une nouvelle méthode de désagrégation des données climatiques en utilisant un Modèle Stochastique Déterminé, ii) l'intégration de la carte de type de sol, iii) l'intégration des valeurs d'humidité dans le sol, iv) l'intégration des valeurs d'épaisseur de la couche nivale et v) l'intégration des données de télédétection (SSM/I). De façon générale, les résultats obtenus par le modèle TTOP-A révèlent que les valeurs moyennes de température à la surface du pergélisol suivent de près les valeurs de température de l’air et qu'elles sont semblables aux celles trouvées par Smith et Riseborough (1996) et Heginbottom et coll. (1995). De plus, les différences des valeurs de température à la surface de pergélisol entre 2010 et 2100 s'inscrivent dans l'écart des valeurs publié par le Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat (GIEC, 2007). Concernant le deuxième objectif de cette thèse, la dynamique spatiotemporelle du pergélisol jusqu'en 2100 démontre que, dans la zone d'étude, la superficie perturbée par le réchauffement climatique sera de 37 %, 60 % et 29 % selon les scénarios MCCG3 SRES A1B, MCCG3 SRES A2 et MCCG3 SRES B1 respectivement. Selon les scénarios mentionnés antérieurement, la couche pergélisolée à l'intérieur de cette zone disparaîtra dans une proportion de 20 %, 32 % et 18 % respectivement. Ces résultats nous laissent croire que les prévisions faites par Smith et Riseborough ont été surévaluées dans le contexte de deux des trois scénarios climatiques actuels par rapport à celui de 1996. Finalement, cette étude démontre que la méthode de désagrégation des données en utilisant les réseaux neuronaux dans un Modèle Stochastique Déterminé donne de bons résultats et elle représente une option fiable qui se prête à des généralisations à grande échelle. / This thesis explores the potential impacts of a climate change due to the greenhouse gases on the state and the evolution of the permafrost in the Canadian North. The permafrost represents the half of the Canadian national territory and a change of its current state will echo in all spheres of activity, on the biosphere and on the environment generally. In spite of the evident importance of the subject, there is no precise idea as to how the permafrost will react to the climate change and to what extent the frozen layer will be disrupted. This thesis investigates this problem by using a methodological approach inspired by the Canadian model on the evolution of permafrost (TTOP) coupled with a theoretical approach based on the theory of the complex neuronal systems. The general objective of this thesis is to improve the Canadian model of evolution of permafrost (TTOP-Temperature one the Top Of Permafrost) created by Smith and Riseborough in 1996, its structure of computation, spatial resolution and to determine the state of the permafrost in the study area between 2010 and 2100. The study zone is situated in the Mackenzie Basin (N-W.T) on a north-south transect of 1440 by 720 km. The first objective of the research is to derive maps of the annual values of temperature on the top of the permafrost from 2010 to 2100 by using an improved dynamic model of the evolution of permafrost (TTOP-A). Thereafter, these values are compared with those obtained by Smith and Riseborough (1996). The values of the evolution of air temperature for this period are supplied by the climatic scénarios CGCM3 SRES A1B, CGCM3 SRES A2 and CGCM3 SRES B1. Secondly, this thesis has as an objective the production of the maps of the thickness of permafrost for 2100 with a spatial resolution of 25 km. More exactly, we determine the evolution of the values of thickness of permafrost for the three climatic scénarios mentioned above. Furthermore, the study proposes: i) a new method for downscaling of climate data by using a Determined Stochastic Model, ii) the integration of soil type, iii) the integration of the soil humidity, iv) the integration of the values of thickness of the snow layer and v) the integration of remote sensing data (SSM/I). As a rule, the results obtained by the TTOP-A model reveal that the mean values of temperature at the surface of the permafrost follow closely the values of air temperature and that they are similar to those found by Smith and Riseborough (1996) and Heginbottom and coll. (1995). Also, the differences of the values of temperature on the surface of permafrost between 2010 and 2100 are similar to the values published by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Concerning the second objective of this thesis, the spatio-temporal dynamics of the permafrost until 2100 demonstrates that, in the study zone, the surface perturbed by global warming will be 37 %, 60 % and 29 % according to the scénarios CGCM3 SRES A1B, CGCM3 SRES A2 and CGCM3 SRES B1 respectively. The permafrost layer inside this zone will disappear by 20 %, 32 % and 18 % according to the scénarios mentioned before. These results lead us to believe that the estimations made by Smith and Riseborough were overvalued in the context of two of three current climates scénarios compared to that of the 1996. Finally, this study demonstrates that the method of downscaling of climate data using the neuronal network within a Determined Stochastic Model gives good results and it represents a reliable option which lends itself to large-scale generalizations. / Les fichiers video (d'animation) sont dans un format Windows Media (.wmv)

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La surface de neige sur le Plateau Antarctique joue un rôle important dans l'étude du bilan de masse et d'énergie de surface. Ses caractéristiques dépendent des interactions entre les conditions atmosphériques et le haut du manteau neigeux, à travers notamment les précipitations, la redistribution de neige par le vent et le métamorphisme. L'ensemble des aspects de la surface, i.e. le type de cristaux, la rugosité, la densité, l'albédo …, sont regroupés sous la formule état de surface. L'objectif de cette thèse est l'étude de l'état de surface et de son évolution, en fonction des conditions atmosphériques, à l'aide d'observations in situ et satellite. L'analyse conjointe d'observations in situ, essentiellement à partir de photographies infrarouges de la surface (développement d'un algorithme examinant la texture des images), et satellite, principalement l'émission micro-onde du manteau neigeux (utilisation du rapport de polarisation sensible à la densité proche de la surface), a permis de montrer une dynamique rapide de la surface à Dôme C. En particulier, des périodes où le givre recouvre entièrement la surface sont observées et représentent environ 45% du temps. Cette dynamique est aussi caractérisée par des élévations rapides et importantes de la surface, pouvant être largement supérieures à l'accumulation annuelle moyenne de 8 cm (jusqu'à 20 cm en 2 heures). Le vent est déterminant dans l'évolution de la surface. Plus particulièrement, ces travaux ont montrés l'importance de la direction du vent pour la disparition du givre (perpendiculaire à la direction dominante, i.e. le sud-ouest). Enfin, la corrélation entre présence de givre et rapport de polarisation a permis d'étendre ces résultats sur les 10 années d'observation du satellite et ouvre la voie à la détection des précipitations par télédétection. La modélisation de l'émission micro-onde à 19 et 37 GHz a ensuite été menée à Dôme C à l'aide d'un modèle de transfert radiatif (DMRT-ML). Les propriétés du manteau neigeux (taille des grains, densité et température), utilisées en entrée du modèle, ont été mesurées durant la campagne d'été 2010 - 2011. Les résultats des simulations montrent que la densité de la neige proche de la surface est principalement responsable des variations du rapport de polarisation. Cette densité a ainsi été « inversée » à Dôme C sur 10 ans. Elle montre une tendance pluriannuelle à la baisse de 10 kg m-3 a-1, superposée à un cycle annuel et à des variations journalières / hebdomadaires. La mesure in situ de la densité et l'observation du givre coïncident avec les variations rapides de la densité estimée. L'évolution pluriannuelle conséquente mérite d'être prise en compte pour l'étude du bilan de masse de surface, les causes probables étant une hausse des précipitations ou une baisse de l'intensité du vent. Suivant une méthodologie similaire, l'évolution de la densité de surface a été déduite pour l'ensemble de l'Antarctique. Les variations spatiales mettent en évidence une tendance claire à la diminution de la densité sur une grande région entre Dôme C et Vostok et une région à l'est de Dôme C où elle augmente. À plus grande échelle, le rapport de polarisation moyen montre de grandes variations, signatures de la stratification en densité du manteau neigeux. L'étude de l'altimétrie satellite permettrat de corroborer ces résultats. / The snow surface on the Antarctic Plateau plays an important role to study the surface mass and energy balance. Its characteristics depend on interactions between the atmospheric conditions and the top of the snowpack such as snowfall, snow remobilization by the wind and metamorphism. All the surface characteristics like type of crystals, roughness, density, albedo … are rounded up the expression surface state. Objective of this thesis is to study the surface state and its evolution due to atmospheric conditions, from satellite and in situ observations. Analyzing together in situ and satellite observations, respectively from infrared pictures of the snow surface (developing an algorithm to study the image texture) and microwave emission of snow (using the polarization ratio that principally depends on the snow density near the surface), showed that the surface quickly evolves at Dome C. Specifically, periods where hoar covers totally the surface are observed and represents around 45% of time. Surface evolution is also characterized by rapid and high increase of the surface height which could be widely higher than the mean annual accumulation of 8 cm (to 20 cm in 2 hours). The wind is essential for the snow surface evolution. Especially, these works showed that wind direction changes during the disappearance of hoar crystals (perpendicular to the prevailing direction, i.e. the Southwest). Finally, correlation between presence of hoar on the surface and polarization ratio extended these results for the 10 years of satellite observation. It shows the potential to detect precipitation events from passive microwave observation. Modeling microwave emission at 19 and 37 GHz was performed at Dome C by a radiative transfer model (DMRT-ML). Snowpack properties (grain size, density and temperature) used as model inputs were measured during the 2010 – 2011 summer field campaign. Simulations results showed that the snow density near the surface is mainly responsible of the variations of polarization ratio. Surface density was thus estimated at Dome C for 10 years. The density evolution show a multi-annual trend of 10 kg m-3 a-1 decreasing, superimposed by an annual cycle and daily / weekly variations. In situ measurements of density and hoar observation are coincident with the rapid evolutions of estimated density. The substantial multi-annual decrease of density should be included in surface mass balance study because the causes are probably an increase of precipitation or a decrease of wind speed. Similar method was used to deduce the evolution of the near-surface snow surface for whole Antarctica. Spatial variations bring out a clear decrease trend of surface density over a large area between Dome C and Vostok and an area in the East of Dome C where density increases. For the whole Antarctic, the mean polarization ratio shows large variations which correspond to variations of the density stratification of the snowpack. Spatial altimetry would be useful to confirm these results.