La dynamique des courants de gravité turbulents sur une pente uniforme en rotation est analysée par des expériences. Ces écoulements denses jouent un rôle important en océanographie dans le renouvellement des eaux profondes qui font parties du cycle de convection thermohaline global. La grande cuve tournante Coriolis (LEGI) permet d'étudier à l'échelle du laboratoire un courant de gravité en similitude avec les échelles océaniques.<br /> La propagation de ces courants est fortement influencée par la rotation et le mélange turbulent avec le milieu ambiant, et sa dynamique est instable. Les interactions entre le courant et le milieu ambiant liées aux phénomènes d'entraînement et d'extraction de fluide, contrôlent la position de stabilisation du courant le long des côtes, sa densité et sa vitesse. Des lois d'échelle basées sur la conservation du flux de flottabilité sont proposées, décrivant l'évolution des principales caractéristiques de l'écoulement le long de la pente. <br />Elles montrent le caractère auto-similaire du courant de gravité. L'analyse des résultats expérimentaux permet de vérifier ces lois et d'étudier la structure turbulente de l'écoulement.<br />Des instabilités de plus grande échelle sont observées, générant des tourbillons cycloniques qui sont également visibles dans les écoulements océaniques. Leur étude permet de suggérer le mécanisme de leur formation. Les résultats expérimentaux sont comparés par similitude aux mesures in-situ du courant dense s'écoulant par le détroit du Danemark.

La mer des Salomon, qui voit transiter les eaux subtropicales alimentant la thermocline du Pacifique équatorial via les courants de bord ouest (WBC), pourrait moduler le climat du Pacifique tropical. Les objectifs de cette thèse sont de caractériser les circulations océaniques en mer des Salomon, notamment dans la thermocline, leurs variabilités, ainsi que les modifications des masses d'eau transitant par la mer des Salomon pour rejoindre l'équateur. Pour cela, une approche parallèle de modélisation haute résolution et d'analyse des observations disponibles a été utilisée. Un double système de WBC est modélisé dans la thermocline. Une partie des eaux du New Guinea Coastal Undercurrent rejoint le New Ireland Coastal Undercurrent, qui se rétroflecte partiellement dans l'Equatorial Undercurrent, produisant ainsi une connexion directe à la thermocline équatoriale. Le cycle saisonnier de cette circulation est forcé par le régime des ondes équatoriales et par le régime des ondes de Rossby. Les WBC sont intensifiés pendant les évènements El Nino et compensent la déplétion du volume d'eau chaude du Pacifique équatorial ouest. Les modifications des masses d'eau transitant en mer des Salomon avant de rejoindre le Pacifique équatorial ont été caractérisées à partir d'une approche lagrangienne. Un fort mélange diapycnal produit un transfert de chaleur vers le fond et une érosion du maximum de salinité présent dans la thermocline.

Les écosystèmes aquatiques se révèlent particulièrement exposés à des situations de contamination chronique par le tributylétain (TBT) et le mercure (Hg). Ces micropolluants métalliques, ubiquistes et persistants, sont présents dans l'environnement à l'état de traces, néanmoins suffisantes pour induire des implications écotoxicologiques graves. Les divers mécanismes de transformation et de transfert du TBT et du Hg, conditionnant leur dynamique biogéochimique, ont ainsi été étudiés au moyen d'outils analytiques et expérimentaux innovants et permettant une meilleure évaluation des risques. La première partie de ce travail porte sur l'étude mécanistique de la réactivité et du transfert du TBT et du Hg dans des écosystèmes aquatiques reconstitués. Ces expériences associent des techniques analytiques de spéciation performantes, basées en partie sur la quantification par dilution isotopique, à des outils expérimentaux simulant les conditions environnementales. Les cinétiques de distribution du TBT et du Hg (adsorption, bioaccumulation, biodégradation, dépuration) ont ainsi été caractérisées simultanément dans les différents compartiments des microcosmes présentant une organisation simple. Dans une seconde étape, les cinétiques de volatilisation du TBT aux interfaces naturelles ont été étudiées afin d'estimer les voies potentielles de remobilisation et d'élimination des butylétains. Enfin dans une troisième partie, des traceurs isotopiques stables du Hg ont été utilisés pour discriminer et quantifier les cinétiques couplées de méthylation et déméthylation dans des sédiments estuariens, en fonction de différents forçages environnementaux (oxygénation, activité microbienne).

Ces travaux de these s'integrent dans les objectifs du projet international d'Analyse de la Mousson Africaine (AMMA). Ils abordent la caracterisation des echanges entre l'ocean et l'atmosphere dans l'Atlantique Equatorial Est (AEE) de l'echelle diurne a interannuelle a partir de donnees d'observation et de la modelisation numerique. Ces echanges sont d'une tr'es grande importance pour le declenchement de la Mousson Africaine qui determine en grande partie la saison des pluies en Afrique de l'Ouest. Nous montrons que les parametres de la couche de melange oceanique dans le GG sont principalement pilotes, a l'echelle diurne, par les flux de chaleur et les processus de subsurface (l'entraınement, le melange vertical) et nous montrons aussi qu'a partir d'une parametrisation de la turbulence oceanique (TKE) fermee a l'ordre 1.5, on parvient a restituer la turbulence oceanique observee dans cette region. Afin de quantifier le role de la tension du vent sur la variabilite des parametres de la couche de melange oceanique, nous utilisons un modele lineaire force par les anomalies de la tension du vent. Les resultats montrent que pres de l'equateur (3°S-3°N), le signal est retrouve ; par contre de part et d'autre de la bande 3°S-3°N, les amplitudes des parametres de la couche de melange sont tres largement sous estimes, ce qui montre que la tension du vent n'est pas le seul parametre a moduler la variabilite de la temperature surface 'a ces latitudes. Les bilans de chaleur integres sur la couche de melange ont permis de montrer le role des flux de chaleur et du melange vertical dans l'AEE. En effet, l'AEE est subdivise en plusieurs boıtes en tenant compte de la dynamique et de la thermodynamique et dans chaque boıte le bilan y est calcule. Les resultats montrent que les flux de chaleur et le m'elange vertical dominent le bilan aux echelles saisonniere et interannuelle. Ce melange vertical, calcule par residu, est compare avec les donnees independantes de turbulence oceanique (Dengler et al., 2010 ; Rhein et al., 2010) collectees lors des campagnes EGEE/AMMA en 2005-2007. Les resultats montrent que le residu se compare tres bien avec ces donnees independantes en terme de variabilite spatiale et temporelle. Le melange vertical est tres fort dans la region sauf dans les boıtes au sud de l'AEE et sa variabilite est largement pilotee par les flux de flottabilite et la tension du vent. En regard de ces resultats avec ceux obtenus sur le cycle diurne, on peut dire que dans l'AEE, la variabilite spatio-temporelle des parametres de la couche de melange est principalement pilotee a toutes les echelles par les flux de chaleur et les processus de subsurface.

En Amazonie orientale, l'agriculture familiale contribue significativement à la transformation des écosystèmes forestiers en pâturages. La mise en valeur pastorale se fait généralement de manière monospécifique avec une Poacée pérenne d'origine africaine (Brachiaria brizantha cv. Marandu) qui constitue la principale offre fourragère. Mais les pratiques pastorales mises en oeuvre sur une exploitation conduisent souvent à une dégradation des pâturages, qui se manifeste par une prolifération des plantes adventices. Le pâturage a été modifié par l'introduction de deux Fabacées pérennes fourragères originaires d'Amérique Latine, l'une herbacée (Arachis pintoï cv. Amarelo) et l'autre ligneuse (Leucaena leucocephala). Pendant la saison sèche, nous avons étudié les interactions entre B. brizantha et des Fabacées fourragères implantées. Cette étude est la première approche intégrée (écophysiologie) qui étudie les caractéristiques adaptatives et les effets des Fabacées sur la capacité de résistance à la contrainte hydrique des pâturages à partir des évolutions des échanges gazeux foliaires, du potentiel hydrique et de l'état hydrique du sol. Le dispositif expérimental était composé de cinq parcelles de 100 m2 isolées du bétail correspondant à cinq traitements différents. Les trois espèces étudiées ont été cultivées seules et en association. Trois répétitions ont été réalisées pour chaque traitement afin de valider statistiquement les résultats et prendre en compte la variabilité spatiale du sol. En monoculture, les valeurs de conductances stomatiques de B. brizantha sont relativement élevées au regard des conditions climatiques par rapport à des valeurs habituelles de plantes C4 au champ alors que les valeurs d'assimilations nettes sont celles mesurées couramment. A. pintoï et L. leucocephala possèdent des valeurs de conductances stomatiques et d'assimilations mesurées habituellement sur les plantes C3 au champ. En situation de sécheresse, les trois espèces étudiées en monoculture adoptent un mouvement de fermeture stomatique 30 jours après l'arrêt des pluies et ajustent ainsi leur conductance sur l'épuisement de la réserve utile du sol. Cette stratégie permet le maintien de l'activité photosynthétique indispensable à la survie cellulaire et de maintenir une transpiration suffisante pour réguler leur température. Les trois espèces survivent par évitement de la sécheresse, en réduisant leur surface foliaire active et en fermant leurs stomates dès l'abaissement du potentiel hydrique. B. brizantha a le même comportement lorsqu'il est cultivé seul ou associé à A. pintoï que ce soit au niveau de la conductance stomatique, de l'assimilation de CO2 ou de l'efficience instantanée de l'eau. Cependant, son potentiel hydrique est affecté plus précocement au cours d'un stress hydrique lorsqu'il est en concurrence avec A. pintoï. Dans le cas de cette association, notre étude montre que la présence de B. brizantha a un effet négatif sur les activités photosynthétiques et donc sur la production de biomasse d'A. pintoï, espèce considérée pourtant comme sciaphile. Enfin, les fonctions métaboliques de B. brizantha sont réduites lorsqu'il est associé à L. leucocephala du fait de l'ombrage. L. leucocephala évite la sécheresse en réduisant sa surface foliaire. L'augmentation d'insolation en fin de saison sèche affaiblit cependant les plantes associées aux strates inférieures et réduit la quantité de fourrage disponible sur pied. Nous proposons aux agriculteurs de mettre en place une gestion durable de leurs pâturages par la création d'associations végétales fourragères adaptées aux contraintes biotiques et abiotiques. Les résultats de notre étude nous permettent de proposer plusieurs possibilités de gestion des ressources fourragères. Chacune des espèces fourragères montre des aptitudes face aux contraintes environnementales et leur association peut-être profitable si l'implantation et la pression pastorale sont raisonnées selon leurs caractéristiques culturales. Une plus grande diversité de l'offre fourragère permettra de stabiliser ces éleveurs sur leurs terres, de ralentir la déforestation et ainsi conserver la biodiversité existante

Le golfe du Tonkin, située dans la mer de l'Est/la mer de Chine du Sud, est une zone de fort intérêt écologique, touristique et économique. Améliorer notre connaissance de ses processus hydro-sédimentaires (transport de particules en suspension) est d'une grande importance. L'objectif scientifique de cette étude est de revoir les processus physiques dominants qui caractérisent la dynamique des marées dans le golfe du Tonkin en utilisant un modèle à haute résolution et la combinaison de toutes les données disponibles. Une attention particulière est donc accordée à un examen croisé du modèle, des marégraphes et de l'altimétrie en zone côtière, ainsi qu'à l'étalonnage du modèle dérivé d'un ensemble d'expériences de sensibilité aux paramètres. Le bilan d'énergie des marées du golfe (flux d'énergie et de dissipation) est ensuite analysé et ses propriétés de résonance sont évaluées et comparées avec des modèles idéalisés et les observations. Ensuite, la marée résiduelle eulérienne et lagrangienne est évaluée. Enfin, on montre que le mélange de marée ne suffit pas à expliquer les structures frontales observées et associées à des concentrations élevées de chlorophylle.

Ce document constitue une synthèse de ma dizaine d'années d'activité scientifique passées sous les tropiques, en tant que physicien adjoint affecté à l'IPSL et détaché à la Réunion, au LPA qui devint LACY en s'associant à Météo-France. Ce document contient donc une présentation de l'essor instrumental de la station de l'OPAR et sa place dans les réseaux de recherche internationaux, qui reflète mon activité dans le cadre de ma mission de participation aux services d'observation. Une synthèse des principaux résultats obtenus par rapport au bilan de l'ozone troposphérique tropical est ensuite présentée. En effet, cette dizaine d'années d'observation de l'ozone troposphérique par lidar et radiosondages nous a permis d'approfondir des cas d'études pour détailler les mécanismes source de l'ozone troposphérique à la Réunion, d'établir la climatologie de l'ozone et de la tropopause et de dégager les premières estimations de tendances de l'ozone troposphérique.

La prévision quantitative des précipitations à l'aide des modèles météorologiques reste encore un grand défi posé à la communauté des sciences atmosphériques. En effet, deux problèmes majeurs sont généralement identifiés pour la prévision opérationnelle des précipitations et du climat : les interactions des systèmes précipitants avec le relief et avec la pollution. Cette thèse contribue à l'amélioration des prévisions de pluies. La stratégie adoptée est d'étudier des évènements précipitants en zones montagneuses en décrivant au mieux les interactions aérosol-nuage-précipitation à l'aide du modèle à microphysique mixte détaillée : DEtailed SCAvenging Model (DESCAM, Flossmann et Wobrock (2010)). Ce modèle utilise cinq distributions pour représenter les particules d'aérosol résiduelles et interstitielles ainsi que les gouttes et cristaux de glace. Le modèle a directement été comparé aux observations réalisées au cours de la campagne expérimentale COPS (Convective and Orographically induced Precipitation Study), qui a eu lieu pendant l'été 2007 à la frontière franco-allemande. En particulier, les simulations des pluies ont été comparées avec des observations de différents radars afin d'évaluer les performances du modèle mais aussi d'aider à l'interprétation des réflectivités de la bande brillante. La sensibilité par rapport à la pollution particulaire a été étudiée pour les propriétés des nuages et des précipitations. Pour les cas étudiés, plus le nombre des particules d'aérosol présentes dans l'atmosphère est important et plus leur solubilité est élevée, plus les précipitations au sol sont faibles. Ces comportements globaux peuvent toutefois être localement différents. Il existe donc des interactions plus complexes entre les particules d'aérosol, les nuages et les précipitations qui doivent être encore plus approfondies.

Ces travaux de thèse présentent les processus de fracturation des glaciers émissaires menant au vêlage. Dans le cadre du programme CRAC-ICE, nous nous sommes intéressés à l'évolution du glacier émissaire Mertz, situé sur la côte George V en Antarctique de l'est. Avant son vêlage qui a eu lieu en Février 2010, libérant un iceberg de 80 km de long par 35 km de large, ce glacier était caractérisé par une langue de glace se développant sur l'eau. Cette langue de glace, séparée par une faille depuis le début des années 1990, était longue de 150 km par 35 km de large. Grâce à un ensemble de données in-situ, d'images satellite basse et haute résolution et le développement d'un modèle océanique (TUGO-Mertz), nous avons suivi l'évolution de ce glacier ainsi que le devenir de son iceberg. La première partie de ce travail a consisté à développer une stratégie de traitement de données GPS nous permettant ainsi d'obtenir la meilleure précision possible sur nos données in-situ. Ces données ont été traitées via le logiciel GINS et une technique de traitement appelée IPPP basée sur le positionnement absolu et la résolution des ambiguïtés en valeurs entière. La précision des résultats de positionnement nous a permis d'observer des oscillations d'am- plitude centimétrique et de période de quelques minutes, qui, comparées à un modèle de poutre d'Euler-Bernoulli, correspondent à des modes de vibration de la langue de glace dans trois configurations différentes. Les périodes de ces oscillations s'échelonnent de 5 minutes à quelques heures. Dans ces gammes de valeurs, les principaux forçages océa- niques sont la houle et les ondes d'Infra-Gravité. De plus, nous avons pu démontrer que les mouvements associés à la vibration du glacier entraînent une torsion favorisant sa fracturation. A plus grande échelle, les courants de marée ainsi que la hauteur de surface impactent sur l'évolution de la langue de glace. Les effets des courants se concentrent principalement sur l'ouverture des crevasses principales tandis que la hauteur de surface tend à moduler la vitesse d'écoulement du glacier. Cette modulation représente environ 5 cm/jour soit 14 % de la vitesse moyenne. Par ailleurs, nous avons suivi l'évolution de la crevasse principale du glacier ; une originellement ouverte sur la partie est de la langue de glace et une ouverte sur la partie ouest. Elles ont ensuite continué son développement jusqu'au vêlage du glacier.Pour finir, nous nous sommes intéressés aux différents acteurs en jeu lors de la rupture de la langue de glace menant au vêlage. L'action de l'iceberg B09B et la modification des courants a joué un rôle lors de cet évènement même si la crevasse était en cours de développement. L'ensemble de ces résultats nous a permis d'identifier un large spectre de processus opérant avant et pendant un épisode de vêlage. Ces processus sont majoritaires dans l'évolution du glacier Mertz, mais ne sont pas encore pris en compte dans les modèles universels de vêlage.

Les échanges entre la stratosphère et la troposphère induits par le courant-jet de l'hémisphère Nord sont bien documentés. Cependant, peu de données sont disponibles dans les régions subtropicales, ce qui a longtemps limité les études des échanges stratosphère-troposphère dans ces régions, en relation d'une part à la barrière dynamique et au courant-jet subtropical de l'hémisphère sud, et, d'autre part, à la convection tropicale, nuages convectifs tropicaux, cyclones et zone de convergence intertropicale. <br /><br /> Se basant principalement sur l'analyse des radiosondages effectués à un rythme bimensuel par le laboratoire depuis 1992, complétés par diverses autres données expérimentales, satellitales, et des sorties du modèle dynamique global du centre européen ECMWF, une première approche qualitative a débouché sur l'identification et l'analyse de plusieurs cas d'étude. Les concepts d'agéostrophisme, de jet-streak et de frontogénèse d'altitude ont permis de caractériser et d'analyser la formation de plusieurs foliations subtropicales et gouttes froides d'altitude. <br /><br />Les échanges entre la stratosphère et la troposphère en relation avec la convection tropicale, ont été ensuite abordés, dans un cas de transfert subsident intense le 6 avril 1995 (300 ppbv à l'altitude 10 km), alors que la Réunion était dans la partie périphérique du cyclone Marlène, à environ 1000 km du centre du cyclone. Après vérification de la bonne prise en compte du cyclone par les données des modèles utilisés (NMC et ECMWF), l'analyse dynamique semble indiquer une extension horizontale assez limitée du transfert, qui serait constitué typiquement par des mécanismes dynamiques à méso-echelle. <br /><br /> Pour permettre un meilleur suivi temporel de la concentration d'ozone troposphérique, un lidar ozone a été installé à la Réunion. Les résultats obtenus dans le cadre de la campagne TRACAS en juillet 1998 ont montré des apports d'ozone ayant une origine stratosphérique dans la troposphère, d'une manière extrêmement régulière pendant le mois de campagne de mesure. L'analyse dynamique au moyen des données du modèle européen et des données Météosat a permis la mise en évidence d'un pli de la tropopause d'échelle planétaire. Ces mécanismes sont nécessairement différents de ceux mis en jeu dans les latitudes moyennes et pourraient être contrôlés par le flux de retour de mousson et la branche descendante de la cellule de Hadley.