Les acides organiques (principalement l'acide formique (HCOOH) et l'acide acétique (CH3COOH) jouent un rôle clef dans la chimie de la troposphère. L'archivage glaciaire représente un moyen privilégié pour obtenir des informations permettant une meilleure compréhension globale du cycle de ces acides carboxyliques. Cependant, la méconnaissance des mécanismes d'incorporation de ces gaz dans la précipitation limite encore l'interprétation de ces archives en terme de variabilité de l'atmosphère passée. Cette étude a montré qu'il était possible d'utiliser la technique de la chambre à nébuliser pour collecter HCOOH et CH3COOH présents à l'état de traces gazeuses dans l'atmosphère des régions de bruit de fond. Cette technique de prélèvement a été utilisé dans deux campagnes de terrain, l'une réalisé à Sönnblick (3106 mètres d'altitude) en Autriche au printemps 1993 , l'autre en été au Groenland. L'étude des équilibres entre la phase gazeuse et l'eau en surfusion à Sönnblick (en particulier pour HCOOH) a montré que l'application de la loi de Henry dans les problèmes de chimie atmosphérique pouvait conduire à des erreurs. Les collectes atmosphériques réalisées au Groenland révèlent que les acides formique et acétique sont les gaz acides majoritaires dans la troposphère de Summit, les concentrations mesurées pour ces deux composés remettant en question les résultats de la seule étude antérieure disponible pour cette région. Notre étude montre également que le mode d'incorporation des acides faibles (HCOOH, CH3COOH) dans les cristaux de neige est différent de celui des acidès forts (HCl, HN03). Une première approche quantitative des différents processus suggère que dans le cas des acides organiques, le givrage des cristaux est susceptible d'expliquer les teneurs mesurées dans la neige fraîche. En revanche, c'est par un processus de co-condensation que l'acide chlorhydrique semble s'incorporer majoritairement dans le cristal de glace. Enfin, la diffusion de l'acide nitrique paraît suffisamment rapide pour permettre à ce composé d'atteindre l'équilibre thermodynamique entre l'air et la neige. Cette étude a contribué à une meilleure connaissance de la fonction de transfert "air-neige" pour les gaz acides.

Cette thèse s'intéresse au comportement d'orientation d'espèces pélagiques tropicales vis-à-vis d'attracteurs. Le chapitre 1 présente les concepts d'attracteurs et d'orientation, décrit le milieu marin et propose une revue méthodologique. Le chapitre 2 concerne le comportement d'orientation du thon à nageoires jaunes (Thunnus albacares) et de la dorade coryphène (Coryphaena hippurus) vers des dispositifs de concentration de poissons (DCP). Des trajets naturels de thons et des déplacements expérimentaux de coryphènes montrent que les thons s'orientent vers les DCP à une distance d'au moins 7 km et les coryphènes à une distance maximale de 815 m. Le chapitre 3 concerne l'orientation à grande distance chez la tortue verte (Chelonia mydas). Des déplacements expérimentaux révèlent qu'elles ne compensent pas la dérive due aux courants. Des indices géomagnétiques interviennent dans leur orientation. Les tortues ne nécessitent pas d'informations olfactives issues de leur site de ponte pour y revenir

L'émission et la propagation de la lumière dans les paysages terrestres (i.e. le Transfert Radiatif (TR)) conditionne leur fonctionnement et leur observation par télédétection satellite (radiomètres, Lidar). Les signaux mesurés dépendent de multiples facteurs, à la fois et. La modélisation du TR est potentiellement l'outil idéal pour relier les mesures de télédétection à certaines caractéristiques biophysiques (occupation du sol, biomasse, etc.) des paysages observés, afin d'étudier les surfaces terrestres à partir de mesures satellites, mais aussi pour la préparation des futures missions spatiales dédiées à l'observation de la Terre. Cette thèse présente le modèle Discrete Anisotropic Radiative Transfer (DART) et les améliorations récentes apportées. Ce modèle simule la propagation du rayonnement dans le système "Terre - Atmosphère" à partir de la méthode de suivi de flux ou de la méthode de suivi de photons selon un nombre fini de directions discrètes dans un paysage 3D. Les améliorations que j'ai apportées au modèle DART sont de différents types : j'ai fortement amélioré la modélisation du TR dans l'atmosphère, j'ai introduit la modélisation Lidar à partir d'une modélisation Monte-Carlo pré-existante et j'ai introduit une approche pour modéliser les couverts végétaux avec différents degrés de réalisme. En plus de ces travaux théoriques, j'ai aussi fortement contribué à l'amélioration du code, avec en particulier le passage de code en C++. Finalement, DART est devenu un modèle plus performant et donc plus efficace pour l'étude des surfaces terrestres par télédétection.

Les régions côtières du bassin méditerranéen sont soumises en automne à des évènements de pluie intense. La mer Méditerranée constitue la principale source d'humidité et de chaleur pour ces évènements météorologiques extrêmes. Généralement, la masse d'air instable est transportée par un fort vent de basses couches de la mer vers les reliefs où la convection se déclenche pouvant stationner plusieurs heures au dessus de la même région, produisant de très forts cumuls de pluie localement et conduisant parfois à des crues destructrices. <br /><br />La sensibilité des ces épisodes extrêmes à la SST a tout d'abord été évaluée à l'aide de simulations atmosphériques à haute résolution avec le modèle MESO-NH, sur trois cas d'évènements fortement précipitants dans le Sud-Est de la France: les cas de l'Aude (12-13 novembre 1999), du Gard (8-9 septembre 2002) et de l'Hérault (3 décembre 2003). Différents champs de SST ont été utilisés (analyses obtenues par interpolation optimale des observations in-situ, SST satellite, augmentation ou diminution empirique de la SST). L'importance significative de la valeur moyenne de SST intégrée sous le jet de basses couches sur la convection en terme d'intensité et de localisation a ainsi été mise en évidence. <br /><br />Le rôle de la paramétrisation des flux de surface a été examiné dans une deuxième partie en introduisant dans le schéma de surface SURFEX deux nouvelles paramétrisations ``bulk'' itératives : la paramétrisation ECUME basée sur une calibration multi-campagne des coefficients d'échanges et la paramétrisation COARE 3.0. Sur les trois mêmes épisodes, les simulations utilisant ces deux nouvelles paramétrisations ``bulk'' itératives simulent des valeurs de stress et d'évaporation plus faibles que celles obtenues en utilisant la paramétrisation originale de MESO-NH (Louis, 1979). <br /><br />Dans une troisième partie, une modélisation couplée océan-atmosphère a été mise en place entre le modèle MESO-NH et un modèle océanique 1D en équation d'énergie cinétique turbulente, afin d'évaluer sur les trois mêmes cas d'étude, l'impact des fortes précipitations et du fort stress associé sur la couche de mélange océanique et les rétroactions sur la convection atmosphérique. Les résultats montrent la robustesse du modèle océanique sous le forçage atmosphérique extrême imposé même en région côtière. La réponse océanique à courte échéance montre un fort approfondissement de la couche de mélange océanique sous le jet de basses couches et la formation locale de couches de mélange internes associées aux précipitations intenses. Ce type de réponse est particulièrement important pour la dynamique de l'océan superficiel ainsi que pour la couche limite atmosphérique.

En période hivernale, la présence de verglas ou de neige sur les chaussées peut avoir de graves conséquences sur le trafic routier. Dans le but de servir d'outil d'aide à la décision pour les services d'exploitation routiers, un modèle permettant de simuler le comportement d'une couche de neige se déposant sur une chaussée a été développé. Le modèle résulte du couplage des modèles ISBA et CROCUS, respectivement modèles de sol et de neige de Météo-France et préalablement adaptés à la problématique de la route. Le modèle a été validé à partir d'épisodes de chute de neige sur chaussées observés au cours d'une campagne expérimentale antérieure à ce travail (au cours des hivers 1997/98, 1998/99 et 1999/2000), menée sur le site expérimental de Météo-France au Col de Porte (1320m, Isère). La validation a été effectuée d'abord avec les données météorologiques mesurées, puis dans un contexte de prévision à partir du forçage du modèle SAFRAN. Les prévisions sur le site expérimental se sont révélées satisfaisantes, ainsi le modèle a été spatialisé à l'échelle de la France avec un résolution horizontale de 8km. L'hiver 2004/2005, comportant de nombreux épisodes de chutes de neige sur chaussées, a été simulé. La validation a été effectuée à partir de données issues de stations météoroutières de diverses autoroutes et de mesures des stations de Météo-France.

Les moyennes et hautes latitudes Sud sont les seules régions du monde pour lesquelles le cycle naturel du soufre atmosphérique peut encore être observé sans perturbation anthropique majeure. Les aérosols soufrés sont reconnus pour leur effet radiatif et interagissent ainsi avec le climat. L'analyse des carottes de glace en Antarctique permet de connaître les variations des dépôts d'aérosols soufrés au cours des cycles glaciaire-interglaciaire, il est ainsi possible d'étudier le cycle du soufre à travers le temps. L'objectif de ce travail est de contribuer à une meilleure compréhension du cycle du soufre des régions Antarctique et sub-Antarctique, grâce à l'utilisation d'un Modèle de Circulation Générale Atmosphérique couplé à un module de chimie du soufre, le modèle LMD-ZT-Soufre (version 4). Ce travail de thèse présente tout d'abord le passage à une version récente du MCGA et une mise à jour du module de chimie. Dans un deuxième temps, le modèle a été mis en oeuvre pour simuler le climat glaciaire et le cycle du soufre au Dernier Maximum Glaciaire, il y a 20 000 ans environ. Une représentation originale de la couverture de glace de mer a été testée et son fort impact sur les émissions océaniques de sulfure de diméthyle, précurseur majoritaire des espèces soufrées aux hautes latitudes Sud, a été discuté. Les résultats du modèle suggèrent un faible impact des changements climatiques sur la production océanique de soufre pour ces régions. Ces résultats permettent d'améliorer notre connaissance des interactions soufre-climat et de dresser un bilan des incertitudes et des inconnues, tant d'un point de vue chimique que météorologique ou physique.

La variabilité et la dynamique de l'upwelling côtier du Nord du Pérou au Sud du Chili (50°S) et des courants associés (CPCC Chile Peru coastal Current et PCUC Peru-Chile Undercurrent) ont été étudiées à l'aide de données satellites et de modèles numériques. Les caractéristiques des variations le long de la côte sont séparées par une zone de transition autour de 20°S où les vents, l'upwelling et le PCUC sont particulièrement faibles. Les origines des eaux du PCUC et de l'upwelling ont également été étudiées à l'aide d'outils lagrangiens et les transports ont été quantifiés. Trois sources ont été identifiées : l'EUC (Equatorial Undercurrent), les SSCC (Southern Sub-Surface Counter Current) et une troisième source au Sud du Chili, liée à l'ESPIW (Eastern South Pacific Intermediate Water).

L'objectif de cette thèse est l'étude de la variabilité de la température de la couche de mélange océanique dans l'Atlantique équatorial, à l'aide de simulations numériques. <br />Les résultats obtenus montrent la prédominance des processus verticaux et des ondes tropicales d'instabilité (<35jours, ~500km) pour expliquer la variabilité de la température de la couche de surface à l'échelle annuelle. <br />L'étude d'évènements interannuels a permis de distinguer deux processus distincts responsables de la variabilité interannuelle de la température de surface : l'un dynamique et distant crée par les anomalies de vent dans l'ouest du bassin et agissant par l'intermédiaire de la propagation d'ondes de Kelvin équatoriales et le second, thermodynamique et local à l'échelle du Golfe de Guinée, créé par les anomalies interannuelles de flux de chaleur.

Le développement rapide de l'aquaculture dans le monde rend indispensable la maîtrise de ses rejets. Par rapport aux systèmes traditionnels, les systèmes recyclés permettent de réduire les besoins en eau et le volume des rejets. Toutefois, certains nutriments dissous (nitrates, phosphates) s'y concentrent. Le lagunage à haut rendement algal (LHRA) est une des voies possibles pour éliminer ces nutriments. Au cours de ce travail, trois circuits d'élevage: un recyclé, un recyclé avec LHRA et un ouvert témoin ont été étudiés pendant un an pour évaluer l'effet (1) de la réutilisation de l'effluent épuré sur la survie, la croissance et l'alimentation de bars (2) du système d'élevage sur la santé des poissons à travers l'étude de biomarqueurs et de métaux traces bio-accumulés et (3) les conditions optimales de l'épuration algale. Si on n'observe pas d'effet marqué lié au LHRA sur les paramètres zootechniques, une légère réduction de la croissance et de l'alimentation des poissons en circuit recyclé par rapport au témoin est cependant enregistrée. On mesure une faible induction de l'activité EROD et de la SOD dans le circuit recyclé ainsi qu'une bioaccumulation de nombreux métaux dont les teneurs restent cependant très inférieures à celles recommandées pour la consommation humaine. Le traitement par LHRA supprime l'induction de la SOD et la bioaccumulation de la plupart des métaux dans les poissons du circuit recyclé. La croissance des algues et l'épuration des nutriments associée sont saisonnières et améliorées par de faibles densités algales et de forts renouvellements d'eau dans les bassins. L'étude des capacités photosynthétiques des ulves met en évidence une limitation de la croissance algale par le carbone inorganique dissous dans le LHRA. L'intégration du LHRA semble une voie d'amélioration des performances et de la qualité des poissons issus de systèmes recyclés. Par ailleurs, ce travail propose de nouveaux outils d'investigation de la santé des poissons d'élevage.

Les variations des eaux intermédiaires constituent un point important dans la compréhension des<br />réponses de l'océan aux changements rapides du climat. Cependant, la variabilité de ces masses d'eau<br />est encore peu documentée en raison du manque d'enregistrements fiables et pouvant être datés de<br />manière précise. C'est pour répondre à cette attente que cette étude à été proposée : il s'agissait de<br />développer l'utilisation des coraux profonds et en particulier de leur signal isotopique pour les<br />reconstitutions paléo-océanographiques.<br />Dans un premier temps, une méthode de calcul des températures à partir des données isotopiques (CO)<br />des coraux a été mise au point. Cette méthode a été testée sur 6 coraux prélevés vivants dans<br />différents sites où les conditions environnementales étaient connues (T-S). Une fois la méthode<br />établie, elle a été appliquée, dans un deuxième temps, à une carotte sédimentaire du chenal de Rockall<br />contenant des coraux. Le signal ainsi obtenu a permis de dégager la forte variabilité isotopique des<br />coraux sur l'Holocène. Ce signal a été interprété en terme de fluctuations de la contribution des eaux à<br />composante méditerranéennes par rapport aux eaux du Labrador selon des oscillations climatiques<br />propres à l'Atlantique Nord. En parallèle de ces études, un grand nombre de datations ont été<br />effectuées sur des coraux des différentes carottes de la marge irlandaise afin de définir le cadre<br />stratigraphique représenté par ces coraux. Aucun corail d'âge glaciaire n'a été identifié sur ce site,<br />dégageant ainsi la sensibilité de ce matériel aux variations paléo- environnementales. Un scénario de<br />développement et de mise en place des coraux selon les conditions hydrographiques a été proposé<br />pour expliquer la dynamique de croissance des monts carbonatés sur lesquels se développent les<br />coraux de l'Atlantique Nord-Est. Par ailleurs, les datations au 14C des foraminifères des carottes<br />montrent la complexité de l'enregistrement sédimentaire pour ces sites de haute énergie et soulignent<br />l'intérêt des coraux profonds pour reconstruire la variabilité rapide des eaux intermédiaires.