L'albédo, fraction de rayonnement réfléchi dans le spectre solaire, est une variable clef du bilan énergétique des surfaces enneigées et englacées. Cette grandeur possède une forte variabilité spatio-temporelle ce qui fait de la télédétection un outil adapté pour son étude. L'albédo dépend à la fois des propriétés physiques du milieu considéré et des caractéristiques du rayonnement incident. Les différentes grandeurs liées à l'albédo sont fonction des domaines angulaires et spectraux des radiations considérées. Les mesures de répartition angulaire du rayonnement réfléchi par la neige ont montré que l'hypothèse lambertienne pouvait conduire à des erreurs non négligeables lors de la détermination de l'albédo par télédétection. La connaissance des caractéristiques de la répartition angulaire du rayonnement réfléchi par la neige permet de développer une nouvelle méthode de détermination de l'albédo en zones montagneuses. Cette méthode prend en compte les effets liés à la forte variabilité topographique des terrains de montagne, à l'anisotropie du rayonnement réfléchi par la neige et par la glace ainsi que les variations spectrales de l'albédo en fonction des propriétés physiques de la surface. Elle a été appliquée à deux types de données : des photographies terrestres visibles et proche infrarouges (résolution spatiale 10 m) et des images MODIS (résolution spatiale 250 m). L'incertitude sur la valeur de l'albédo ainsi déterminée est évaluée à ±10% grâce aux mesures de terrain effectuées sur le glacier de Saint Sorlin (massif des Grandes Rousses, France). L'étude des cartes d'albédo issues de dix années (2000-2009) d'images MODIS montre qu'il n'y a pas de décroissance marquée de la valeur de l'albédo en zone d'ablation au contraire de ce qui a été prouvé pour le glacier du Morteratsch (Suisse). De plus, il existe une corrélation très élevée entre la valeur minimale de la moyenne de l'albédo sur le glacier, i.e. l'albédo moyen du glacier le jour où la ligne de neige est proche de la ligne d'équilibre, et la valeur du bilan de masse annuel spécifique. L'assimilation des données d'albédo obtenues grâce aux images MODIS et aux photographies terrestres dans le modèle de neige CROCUS permet une bonne estimation du bilan de masse spatialisé du glacier de Saint Sorlin (rmse=0.5 m w.e. pour les cinq années hydrologiques étudiées). Les forçages météorologiques utilisés pour cette étude sont de moyenne échelle. L'analyse succincte de la contribution des différents flux atmosphériques au bilan d'énergie de surface montre qu'en zone d'ablation comme en zone d'accumulation, le bilan radiatif net courtes longueurs d'ondes constitue la source principale d'énergie et que la variabilité de ce flux explique la majeure partie de la variabilité journalière de la somme des flux atmosphériques. Appliquées à d'autres glaciers, ces méthodes permettraient de savoir si les conclusions établies pour notre seul glacier d'étude sont valables pour d'autres glaciers. Elles rendraient également possibles la reconstruction du bilan de masse spatialisé sur 10 ans d'autres glaciers et potentiellement une meilleure quantification des processus physiques mis en jeu dans le bilan de masse de ces glaciers tempérés / Albedo is defined as the ratio of reflected to incident radiation over the solar spectrum and is a key parameter in the surface energy balance of snow and ice. This parameter is highly variable both temporally and spatially; thus remote sensing is an ideally suited approach for the retrieval of albedo data.The albedo value depends on both physical properties of the target and the characteristics of the incident radiation. Furthermore, the physical parameters linked with the albedo concept vary in consideration with spectral and angular ranges. Measurements of bi-directional reflectance over natural snow have shown that the Lambertian hypothesis may lead to significant error when estimating albedo from remote sensing data.Detailed knowledge of the angular distribution of radiation reflected by snow allows for the development of a new method to retrieve albedo values for mountainous, snow/ice covered areas. This method takes into account multiple reflections on mountainous areas, anisotropy of radiation reflected by snow and ice, and albedo spectral variations with surface physical properties. The method is applied to visible and near-infrared terrestrial photographs (spatial resolution 10 m) and MODIS data (spatial resolution 250 m). The accuracy of the method is evaluated at ±10% on the retrieved albedo value using concurrent field measurements at theSaint Sorlin Glacier (Grandes Rousses, France) during the summers of 2008 and 2009. The method is used to retrieve albedo data for this glacier from 2000 to 2009. Results indicate that the albedo of the ablation area of the Saint Sorlin Glacier has not shown any decreasing trend over this decade, in opposition to results presented for the Morteratsch Glacier (Switzerland). In addition, the minimal value over the summer period of the whole glacier averaged albedo is highly correlated to the specific annual mass-balance.Albedo data from MODIS and terrestrial photographs are then assimilated into the snow model CROCUS. This assimilation allows for an estimation of the spatialized mass-balance of the Saint Sorlin Glacier over the five studied hydrological years. Root mean square error is evaluated to 0.5 m w.e. For this study, we have used mid-scale meteorological data from SAFRAN. A brief analysis of the contribution from the atmospheric fluxes to the surface energy balance shows that, for the time period considered in this study, the shortwave radiation budget is the main process determining the surface energy balance. Furthermore, variability in shortwave radiation budget explains the major part of the daily variability in surface energy balance.The methods developed in this work are readily applicable to other temperate glaciers. They allows spatialized mass-balance reconstruction on a decadal scale and lead to improved quantification of the physical processes controlling mass-balance in temperate glaciers

Depuis quelques années le recours à l’enneigement artificiel est de plus en plus courant dans les stations de ski des Alpes mais également dans les autres massifs français et étrangers. Cependant la production de neige nécessite l’utilisation d’un volume d’eau important, souvent pompé dans les réserves d’eau potable, les rivières, les nappes phréatiques, ou bien dans les réserves collinaires, elles-mêmes alimentées par captage des eaux de ruissellement. Or l’enneigement n’est pas le seul usage de l’eau dans les stations de sports d’hiver, et ce nouveau besoin concerne la saison hivernale lors des étiages des cours d’eau et des besoins pour les diverses activités. Depuis quelques années, cette technique fait l’objet de nombreuses controverses au sein de la communauté scientifique, politique et des populations locales, car les volumes d’eau pompés sont particulièrement importants. Notre recherche s’appuie sur des enquêtes auprès des acteurs impliqués, des observations de terrain et des mesures, à différentes échelles de travail. Deux modèles de production de neige sont confrontés : Avoriaz (France) et Champéry (Suisse). Les impacts des usages sur le fonctionnement hydrologique du bassin versant de la Dranse de Sous-Saix, sur le domaine d’Avoriaz, sont aujourd’hui limités et dans les deux stations la ressource est actuellement suffisante pour satisfaire tous les besoins. A ce jour les situations de pénuries d’eau et de conflits autour de la ressource sont rares, et sont dues à des problèmes de gestion. Un ensemble de propositions inspirées d’initiatives locales pour une meilleure gestion de la production de neige et des usages de l’eau a été proposé. / For some years now the use of artificial snow has become increasingly frequent in Alpine skiing resorts as well as in the other French and foreign massifs. Nevertheless, snowmaking calls for a large amount of water, which is often pumped from drinking water reserves, rivers, groundwater tables or else from hill water reserves, themselves supplied from surface water capture. This relatively recent practice, added to the different activities already present, is of concern for the local populations and environmental associations. For several years now, this technique has been the subject of numerous controversies within the scientific and political community and local populations. As things stand, the work performed by researchers and, more particularly, geographers is thin on the ground, because the volumes of water pumped are particularly important. Our research is based on interviews whit those involved in snow production, field observation and measures. Two model of artificial snow are confronted : Avoriaz (France) and Champéry (Switzerland). The impacts of the uses on the hydrological functioning of the Dranse de Sous Saix catchment area, in Avoriaz’s area are now limited and in both resorts, the resource is currently sufficient to satisfy all the needs. At the present time water shortages or conflicts involving the resource are unusual, and are thus due to management problems. A set of proposals inspired local initiatives for a better artificial snow management and water uses management have been proposed.

L’océan Arctique est marqué par une forte saisonnalité qui se manifeste par la présence d’une banquise permanente dont l’extension varie entre 6 et 15 millions de kilomètres carré. Interface plus ou moins perméable, la banquise limite les échanges atmosphère - océan et affecte le budget énergétique global en réfléchissant une part importante du rayonnement incident. Le manteau neigeux qui se forme à sa surface est un élément essentiel notamment parce qu’il contribue fortement aux propriétés optiques de la banquise. D’une part par son albédo, proche de l’unité dans le visible, qui retarde sensiblement la fonte estivale de la glace. Et d’autre part, il est majoritairement responsable de l’extinction verticale de l’éclairement dans la banquise. Or, la faible intensité lumineuse transmise à la colonne d’eau constitue un facteur limitant important à l’accumulation de biomasse des producteurs primaires souvent des micro-algues, à la base des réseaux trophiques. Le manteau neigeux en surface, par ces propriétés physiques et leurs évolutions temporelles, joue donc un rôle essentiel en impactant directement l’initiation et l’amplitude de la floraison phytoplanctonique printanière. Dans le cadre du réchauffement climatique actuel, les mutations que subit la banquise : amincissement, réduction de son extension estivale et variations des épaisseurs du manteau neigeux bouleversent d’ores et déjà la production primaire arctique à l’échelle globale et régionale.Cette thèse vise à mieux comprendre la contribution du manteau neigeux au transfert radiatif global de la banquise, afin de mieux estimer son impact sur la production primaire arctique. Elle s’appuie sur un jeu de données collecté lors de deux campagnes de mesures sur la banquise en période de fonte. Les propriétés physiques de la neige, SSA et densité, permettent une modélisation précise du transfert radiatif de la neige qui est validée, ensuite, par les propriétés optiques comprenant : albédo, profils verticaux d’éclairement dans le manteau neigeux et transmittance à travers la banquise.Au printemps, la neige marine, marquée par une importante hétérogénéité spatiale, évolue suivant quatre phases distinctes. La fonte, d’abord surfacique puis étendue à toute l’épaisseur du manteau, se caractérise par une baisse de la SSA de 25-60 m2kg-1 à moins de 3 m2kg-1 provoquant une diminution de l’albédo dans le proche infrarouge puis à toute longueur d’onde ainsi qu'une augmentation de l’éclairement transmis à la colonne d’eau. Cette période est chaotique, et marquée par une forte variabilité temporelle des propriétés optiques causées par la succession d’épisodes de fonte et de chutes de neige. Les propriétés physiques de la neige sont utilisées par un modèle de transfert radiatif afin de simuler les profils verticaux d'éclairement, l’albédo et la transmittance de la banquise. La comparaison entre ces simulations et les profils d’éclairement mesurés met en évidence la présence d’impuretés dans la neige dont leurs natures et leurs concentrations sont estimées. En moyenne, la neige échantillonnée contenait 600 ngg-1 de poussières minérales et 10 nng-1 de suies qui réduisaient par deux l’éclairement transmis à la colonne d’eau. Enfin, la modélisation de l’éclairement à toute profondeur de la banquise, représentée de manière innovante par des isolumes, est mise en relation avec l’évolution temporelle de la biomasse dans la glace. Il apparaît que la croissance des algues de glace est systématiquement corrélée avec une augmentation de l’éclairement, et ce, jusqu’à des niveaux d’intensité de l’ordre de 0.4 uEm-2s-2. Ces variations d’éclairement sont causées par le métamorphisme et la fonte de la neige en surface. / The Arctic ocean shows a very strong seasonality trough the permanent presence of sea ice whose extent varies from 6 to 15 millions km2. As an interface, sea ice limits ocean - atmosphere interactions and impacts the global energy budget by reflecting most of the short-wave incoming radiations. The snow cover, at the surface, is a key element contributing to the optical properties of sea ice. Snow enhances further the surface albedo and thus delays the onset of the ice melt. In addition, snow is the main responsible for the vertical light extinction in sea ice. However, after the polar night, this low light transmitted to the water column is a limiting factor for primary production at the base of the oceanic food web. The snow cover, through the temporal evolution of its physical properties, plays a key role controlling the magnitude and the timing of the phytoplanktonic bloom. In the actual global warming context, sea ice undergoes radical changes including summer extent reduction, thinning and shifts in snow thickness, all of which already alter Arctic primary production on a regional and global scale.This PhD thesis aims to better constrain the snow cover contributions to the radiative transfer of sea ice and its impact on Arctic primary production. It is based on a dataset collected during two sampling campaigns on landfast sea ice. Physical properties of snow such as snow specific surface area (SSA) and density allow a precise modeling of the radiative transfer which is then validated by optical measurements including albedo, transmittance through sea ice and vertical profiles of irradiance in the snow.During the melt season, marine snow which shows strong spatial heterogeneity evolves fol- lowing four distinctive phases. The melting, which first appears at the surface and gradually propagates to the entire snowpack, is characterized by a decrease in SSA from 25-60 m2kg-1 to less than 3 m2kg-1 resulting in a decrease in albedo and an increase in sea ice transmittance. This is a chaotic period, where optical properties show a very strong temporal variability induced by alternative episodes of surface melting and snowfalls. The physical properties of snow are used in a radiative transfer model in order to calculate albedo, transmittance through sea ice and vertical profiles of irradiance at all depths. The comparison between these simulations and measured vertical profiles of irradiance in snow highlights the presence of snow absorbing impurities which were subsequently qualitatively and quantitatively studied. In average, impurities were composed of 660 ngg-1 of mineral dust and 10 ngg-1 of black carbon. They were responsible for a two-fold reduction in light transmitted through sea ice. The light extinction, calculated at all depths in sea ice, and represented by isolums, was compared to the temporal evolution of ice algae biomass. The results show that every significant growth in ice algae population is related to an increase of light in the ice. These growths were observed even at very low light intensities of 0.4 uEm-2s-2. Light variations in the ice were linked by snow metamorphism and snow melting at the surface.

Nous étudions les flux turbulents de chaleur sensible et de chaleur latente, qui sont mal compris et mal mesurés sur les glaciers, à l'aide de campagnes de terrain déployées dans la zone d'ablation du glacier tropical du Zongo (16°S, Bolivie, 4900-6000 m) durant la saison sèche de l'hiver austral et sur le glacier alpin de Saint-Sorlin (Alpes Françaises, 45°N, 2600-3400 m) durant l'été boréal. Un mât de 6 m permettait la mesure des profils verticaux de vitesse de vent et de température de l'air et des mâts de 2 m comportaient des systèmes de covariances turbulentes (CT). Nous étudions l'évolution temporelle des flux turbulents et l'applicabilité de la méthode aérodynamique des profils en terrain complexe de montagne. Les hypothèses sont discutées via la caractérisation des régimes de vent et de la turbulence. Nous calculons ensuite les flux et les erreurs associées. Sur le Zongo, sous forçage synoptique faible, un écoulement catabatique s'installe de la fin d'après-midi jusqu'au matin, avec un maximum de vitesse de vent à environ 2 m de hauteur. Les forçages synoptiques forts s'alignent approximativement avec le glacier, provoquant un intense écoulement descendant, et dans ce cas nous n'observons pas de maximum de vitesse de vent. Souvent, autour de midi, des vents ascendants sont observés. Sur le glacier de Saint-Sorlin les forçages associés à des épisodes de Foehn ou à des dépressions se déplaçant depuis l'ouest, s'alignent approximativement avec le glacier, générant des vents forts descendants. Quand le forçage synoptique est modéré, un maximum de vitesse de vent est observé nuit et jour 50% du temps. Des vents ascendants sont observés 15% du temps, quand le forçage synoptique est faible. La couche de surface est perturbée par des tourbillons de couches externes sous vent fort, ou de lentes oscillations en écoulement catabatique. Ces perturbations influencent les flux turbulents. Les erreurs aléatoires sur la méthode des profils sont dues principalement à des incertitudes sur la température. L'erreur reste faible sur les flux moyens. La couche de surface est rarement plus épaisse que 2 m et la méthode des profils appliquée à l'aide des mesures plus obtenus plus haut sous-estime les flux de surface de 20% à 70% . Quand un maximum de vitesse de vent est observé, les flux sont sous-estimés même à 2 m. L'influence des perturbations de la couche de surface n'est pas capturée par la méthode des profils, et les flux sont environ 40% inférieurs à ceux mesurés par CT. Ces derniers sont affectés par d'importantes erreurs aléatoires, en raison d'un échantillonnage statistique insuffisant des grands tourbillons. La méthode sous-estime probablement les flux à cause d'une sous-estimation de la vitesse verticale (~15%) et de la divergence verticale des flux. Sur le glacier du Zongo, l'air de haute altitude est très sec et la sublimation (quelques mm d'eau par jour) est un important puits d'énergie à la surface. Le flux de chaleur sensible est un important gain d'énergie la nuit sous l'influence de vents forts (de 30 à 50 W m-2), car l'inversion de température est marquée. Quand un maximum de vitesse de vent est observé, les flux sont faibles (de 5 à 20 W m-2) car la vitesse du vent est faible. La somme des flux turbulents est faible dans ces deux cas car ils sont opposés et les biais se compensent. En vent ascendant, le flux de chaleur sensible est faible (<5 W m-2) car la stratification est neutre, mais le flux de chaleur latente reste important (de -25 à -35 W m-2), le flux net est donc important et les biais ne se compensent plus. Sur le glacier de Saint-Sorlin, le flux de chaleur latente est faible car l'air est humide, et le flux de chaleur sensible peut être intense (~25 W m-2) quand la vitesse du vent est élevée. Le flux net est fort par vent fort et les biais sur les flux calculés par la méthode des profils peuvent être élevés. / We study turbulent fluxes of sensible and latent heat, that are a poorly-known and difficult term to measure over glaciers, with the help of two field campaigns deployed over the ablation zone of Zongo glacier (16°S, Bolivia, 4900-6000 m.a.s.l.) during the austral winter dry season and over the Saint-Sorlin glacier (French Alps, 45°N, 2600-3400 m.a.s.l.) during the boreal summer. A 6-m mast allowing for wind speed and air temperature vertical profile measurements was installed, along with 2-m masts holding eddy-covariance systems. The focus is on the temporal evolution of turbulent fluxes and the applicability of the aerodynamic profile method in the complex terrain of high mountains. The assumptions of the method are discussed by characterizing the wind regimes and the turbulence. We then compute fluxes and associated errors. Above Zongo glacier, under weak synoptic forcing, katabatic flows are observed from late afternoon to early morning, with a wind-speed maximum at around 2 m. Strong synoptic forcing roughly aligns with the glacier, leading to strong downslope flows for which no wind-speed maximum is observed. Most of the days around noon, upslope flows are observed. On Saint-Sorlin glacier in summer, flows associated with low-pressure systems coming from the west or Foehn events roughly align with the glacier, leading to strong downslope winds. Wind-speed maxima are observed night and day, ~50% of the time, when synoptic forcing is moderate. Upslope flows are observed 15% of the time, when synoptic forcing is weak. The surface layer is disturbed by outer-layer eddies in strong flows and by slow oscillations if katabatic flow prevails. These disturbances influence turbulent fluxes. Random errors on the fluxes derived from the profile method are mainly due to temperature uncertainties. Errors remain small on the mean fluxes. The surface layer is rarely deeper than 2 m on both glaciers and the profile method with measurements made above that height underestimates the surface fluxes by 20% to 70%. When a wind-speed maximum is observed, fluxes are underestimated even at 2 m. The influence on the fluxes of the surface-layer disturbances is not captured by the profile method, and fluxes are about 40% smaller than the eddy-covariance fluxes. The latter are affected by large random errors due to inadequate statistical sampling of large-scale eddies and are probably underestimated, mainly due to vertical wind speed underestimation (~15%) and to vertical flux divergence. Above Zongo glacier, due to the dry high-elevation air, sublimation (a few millimeters w. e. per day) is a large energy loss for the surface. Sensible heat flux is a large energy gain in strong nocturnal downslope flows (from 30 to 50 W m-2) and strong winds, due to a marked temperature inversion. When a wind-speed maximum is observed, low wind speeds cause small turbulent fluxes (from 5 to 20 W m-2). The sum of turbulent fluxes is small in those two cases because the fluxes are opposed in sign and the biases mostly compensate. In upslope flows, the sensible heat flux is small (<5 W m-2) due to near-neutral stratification, but latent heat losses remain large (around -25 to -35 W m-2), so that the net turbulent flux is large and the biases do not compensate. Above Saint-Sorlin glacier, the latent heat flux remains small because the air is generally humid, whereas the sensible heat flux can be large (~25 W m-2) when wind speed is high. The net flux is large when wind speed is high, and the biases on net turbulent fluxes derived from the profiles can be significant.

Les milieux oroméditerranéens sont considérés comme particulièrement sensibles aux changements climatiques. Deux questions sont posées dans ce contexte : quelles sont la nature et l'ampleur des modifications climatiques à l'échelle régionale (climat et enneigement) au Chili central, depuis les années 70 ? Quels sont les changements de la végétation en montagne (dans la tranche d'altitude 1.500 - 2.500 m), en particulier au niveau de la limite supérieure de la forêt à Kageneckia angustifolia ? La première partie de la thèse présente les spécificités des milieux de montagne et les changements climatiques déjà observés de façon générale et au Chili en particulier. Elle présente aussi les sites d'étude au niveau climatique et biogéographique. La deuxième partie concerne les données et la méthodologie. Une approche scalaire est mise œuvre, avec confrontation et mise en complémentarité de différentes techniques : télédétection, chroniques climatiques et mesures in situ. La troisième partie présente les résultats. Les données climatiques enregistrées les 30 dernières années aux stations d'El Yeso (2.500 m) et de Los Bronces (3.500 m), montre une croissance d'environ 1 °C pour la température moyenne annuelle, réchauffement plus marqué à El Yeso, au niveau des températures minimales. Pour l'enneigement, il est montré une haute variation interannuelle de la couverture de neige et une élévation de la limite de la neige durant les dernières décennies, d'environ 300 m. Ces résultats, sont accompagnés d'une augmentation faible du NDVI. Au niveau de la vallée Yerba Loca, l'étude diachronique de l'écotone supraforestier montre des transformations vers une augmentation de la superficie des espaces forestiers et leur densification. Enfin, l'expérience de germination, à Yerba Loca montre qu'il existe une différence significative entre le pourcentage de germination des graines à l'intérieur des enclos et à l'extérieur, avec un effet négatif de la couverture neigeuse sur la germination des plantules. / Mediterranean areas are considered particularly sensitive to climate change. Two questions are asked in this context: what is the nature and magnitude of regional climate change (climate and snow cover) in central Chile, since the 70's? What are the changes in mountain vegetation (in the altitude range of 1,500-2,500 m), especially at the upper limit of Kageneckia angustifolia forest? The first part of the thesis shows the characteristics of mountain environments and observed climate change at global and Chilean local level. It also presents the study area, from the standpoint of biogeography and climate. The second part refers to the data and methodology. We used a multiscale approach to the confrontation and the application of several complementary techniques: remote sensing, climatic data and field measurements. The third part presents the results. Climate data recorded in the last 30 years in the stations of El Yeso (2,500 m) and Los Bronces (3,500 m), shows an increase of about 1° C in mean annual temperature, been the sharpest increase in El Yeso, especially in average of low temperatures. In relation to snow cover, it shows high variation and a rise up in the limit of snowline in recent decades, about 300 m. These results are accompanied by a slight increase in NDVI. In the Yerba Loca valley, the diachronic study of Kageneckia angustifolia forest ecotone shows changes towards an increase forest areas and densification. Finally, the experience of germination in Yerba Loca indicates a significant difference between the percentage of germination of the seeds under protection from snow and the ones without treatment, with a negative effect of snow cover on the germination.

Le modèle de neige est souvent dépendant du modèle hydrologique avec lequel il est couplé, ce qui peut favoriser la représentation du débit au détriment de celle de la neige. L'objectif est de rendre le calage du modèle de neige plus indépendant de celui du modèle hydrologique en restant facilement utilisable en opérationnel. Dans cette optique, un modèle contraint sur des données d'observations de la neige permettrait d'améliorer d'une part la robustesse des paramètres du modèle de neige et d'autre part la simulation de l'état du manteau neigeux. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié et modifié le modèle degrés-jour semi-distribué CemaNeige afin qu'il puisse simuler de manière plus réaliste la variable de surface d'enneigement du bassin versant. Cette modification, couplée au calage du modèle sur des données de surface enneigée et sur le débit, a permis d'améliorer la simulation de l'enneigement par le modèle sans détériorer significativement les performances en débits. Nous alors ensuite débuté le développement d'un nouveau modèle de neige à l'échelle ponctuelle. Celui-ci se compose d'un modèle de rayonnements, simulant les rayonnements incidents à partir de données d'amplitude de températures journalières, et d'un modèle de manteau neigeux. Le modèle de manteau neigeux résout les équations de la chaleur au sein du manteau neigeux à l'aide d'une représentation spectrale du profil de température. Cette représentation permet de simuler les profils et gradients de températures en utilisant moins de variables d'état qu'une discrétisation verticale par couches. Pour mieux prendre en compte les mesures ponctuelles de neige, ce modèle devra être distribué. / Snow models are often dependent on the hydrological model they are coupled with, which can promote higher performance on runoff simulation at the expense of snow state simulations performances. The objective of this thesis is to make the calibration of the snow model more independent from the calibration of the hydrological model, while remaining easily usable for runoff forecasting. Calibrating snow model on observed snow data would on one hand improve the robustness of the snow model parameters and on the other hand improve the snowpack modelling. In the first part of this manuscript, we modified the semi-distributed CemaNeige degree-day model so that it can explicitly simulate the watershed snow cover area. This modification coupled with the calibration of the model on snow cover area data and on river runoff data significantly improved the simulation of the snow cover area by the model without significantly deteriorating the runoff performances. Then we started the development of a new point scale snow model. It is based on a radiation model, which simulates incoming radiations from daily temperature range data, and a snowpack model. The snowpack model solves the heat equations within the snowpack by using a spectral representation of the temperature profile. This representation simulates the temperature profile and gradients using fewer state variables than a vertical discretization of the snowpack. In order to be able to use point scale snow observations in the model, it should be distributed on the watershed.

Dans la neige, l'existence de gradients thermiques est à l'origine de flux de vapeur d'eau à travers toute l'épaisseur du manteau neigeux. Il en résulte des transformations physiques des cristaux de neige ainsi que l'entraînement d'espèces chimiques et leur libération dans l'atmosphère. Ces phénomènes sont englobés sous le terme de métamorphisme de la neige et sont susceptibles d'affecter les propriétés physiques du manteau neigeux et la composition chimique de l'atmosphère.<br />Pour mieux comprendre l'influence de l'intensité du métamorphisme sur les échanges air/neige, nous avons étudié le métamorphisme en chambre froide, successivement en conditions isothermes et de gradient thermique, ainsi que sur le terrain, au cours d'un hiver complet en Alaska. Nous nous sommes attachés à la mesure de certains paramètres physiques, dont la surface spécifique, variable centrale dans l'étude du manteau neigeux.<br />Nous avons mis en évidence que la cinétique de décroissance de la surface spécifique de la neige, en conditions isothermes et de gradient, suivait une loi logarithmique simple. Nous avons également démontré qu'en conditions isothermes, cette relation découlait de la loi générale du mûrissement d'Ostwald. En conditions non-isothermes, la physique du phénomène étant plus complexe, nous nous sommes résolus à une description empirique de l'évolution de la surface spécifique afin qu'elle puisse être prise en compte dans les modèles d'évolution du manteau neigeux. Cette étude nous a finalement permis d'identifier des interactions complexes entre la neige et le climat.

Le mercure (Hg) est un composé toxique présent dans tous les compartiments de notre planète. Au sein de son cycle global, nous ignorons le rôle joué par le manteau neigeux, réservoir transitoire du Hg atmosphérique déposé sur sa surface. Nous avons donc développé un instrument pour mesurer les concentrations en Hg° dans l'air de la neige au Groenland et au Canada. Nous avons ainsi examiné sa réactivité chimique au lever du soleil polaire, au printemps et à la fonte des neiges. Nous avons ensuite discriminé en laboratoire les paramètres clés de cette réactivité. Nous montrons que la neige est à la fois puits et source de Hg° atmosphérique. Sous faible irradiation, Hg° est consommé par son oxydation par des espèces radicalaires. Au printemps par contre, Hg° est produit par des réactions photochimiques. Enfin, à la fonte plus de 85% du Hg présent dans la neige est transféré vers les eaux de fonte, ce qui nous fait craindre une contamination éventuelle des écosystèmes environnants.

Le mercure (Hg) est un composé toxique présent dans tous les compartiments de notre planète. Au sein de son cycle global, nous ignorons le rôle joué par le manteau neigeux, réservoir transitoire du Hg atmosphérique déposé sur sa surface. Nous avons donc développé un instrument pour mesurer les concentrations en Hg° dans l'air de la neige au Groenland et au Canada. Nous avons ainsi examiné sa réactivité chimique au lever du soleil polaire, au printemps et à la fonte des neiges. Nous avons ensuite discriminé en laboratoire les paramètres clés de cette réactivité.Nous montrons que la neige est à la fois puits et source de Hg° atmosphérique. Sous faible irradiation, Hg° est consommé par son oxydation par des espèces radicalaires. Au printemps par contre, Hg° est produit par des réactions photochimiques. Enfin, à la fonte plus de 85% du Hg présent dans la neige est transféré vers les eaux de fonte, ce qui nous fait craindre une contamination éventuelle des écosystèmes environnants.

Les avalanches de neige en aérosol sont des bouffées de suspensions diluées de particules, très turbulentes qui descendent, de par leur poids, sur des pentes fortement inclinées. La motivation de la présente recherche était d'une part, d'améliorer notre connaissance de l'entraînement de neige du manteau neigeux par l'avalanche et d'autre part de développer un modèle théorique amélioré de la dynamique des avalanches. Le modèle théorique présenté dans cette thèse prend en compte les effets dus à la forte différence de densité entre l'avalanche et l'extérieur et démontre l'importance de l'entraînement de neige sur la vitesse de l'avalanche. Le modèle est en accord avec des mesures récentes de la vitesse de front d'une avalanche. Les paramètres du modèle (forme et croissance des bouffées) ont été déterminés à partir des expériences d'écoulements de laboratoire (d'eau salée ou de suspensions) dans un régime proche de celui des avalanches. Une extrapolation théorique de ces paramètres (obtenus en régime de Boussinesq) aux bouffées de forte densité (avalanches) est proposée. Les expériences de laboratoire avec des bouffées entraînant des particules indiquent l'influence que l'entraînement de particules a sur la vitesse de l'avalanche. Une représentation en variables adimensionnelles des vitesses des avalanches et des bouffées de laboratoire montre clairement les ressemblances et différences entre les deux types d'écoulements.