L'observation par satellites des précipitations grâce aux radiomètres micro-ondes (MW) constitue l'une des bases de l'étude du climat. Cependant, le remplissage partiel du champ de vision des radiomètres conduit à des sous-estimations des taux de pluies retrouvés (beam-filling effect, BFE). A partir de simulations (nuages et rayonnement), la relation BFE-couverture nuageuse fractionnaire sous-pixel (CF) est étudiée. Les résultats montrent une dépendance avec le type de nuage et un maximum pour une faible couverture. CF étant le principal facteur à prendre en compte pour une correction des estimations par MW, un couplage température de brillance micro-onde-CF en entrée d'un algorithme par réseaux de neurones est effectué. Pour tester cette approche, des données satellites MW, radar et IR sont utilisées, puis deux couvertures sous-pixel (dérivées des mesures IR et radar) sont combinées aux TB. Les résultats sont encourageants et montrent l'avantage d'une synergie entre différents capteurs. Dans l'optique d'une classification intégrée aux restitutions, une méthode a été développée à méso-échelle. La classification est obtenue à partir de données IR et ne nécessite pas de seuil ciel clair / ciel nuageux.

Les principaux objectifs de ce travail de recherche étaient (i) l'étude de la composition lipidique de quatre bactéries Gram-négatives hydrocarbonoclastes Marinobacter hydrocarbonoclasticus, Marinobacter aquaeolei, Acinetobacter calcoaceticus et Pseudomonas oleovorans en fonction de la source de carbone, (ii) la détermination des différents voies métaboliques de dégradation des hydrocarbures comportant une chaîne alkyle et (iii) mieux connaître la composition en Β-hydroxy acides lipopolysaccharidiques de leurs membranes extérieures. La première partie de ce travail présente une description qualitative et quantitative des lipides "non liés", labiles en milieu basique et labiles en milieu acide de M. hydrocarbonoclasticus en fonction de l'hydrocarbure (alcanes normaux et ramifiés, phényl et cyclohexyl-alcanes, et 1-alcène) utilisé comme source unique de carbone et d'énergie. Ces résultats ont montré que la structure chimique des lipides identifiés suit celle de l'hydrocarbure fourni: apparition de proportions significatives et dans certains cas très importantes d'acides gras issus de la dégradation de ces composés. Les Β-hydroxy acides des LPS sont moins sensibles au changement de la structure de l'hydrocarbure. Le n-Β-12:0 est toujours dominant alors que les Β-hydroxy acides provenant de la dégradation des hydrocarbures peuvent être incorporés aux LPS mais ne constituent que des composés mineurs. La présence d'intermédiaires métaboliques de chaque hydrocarbure dans les lipides "non liés" a permis la détermination des différents voies métaboliques de dégradation. La deuxième partie de ce travail porte sur la composition lipidique des bactéries M. aqueolei, A. calcoaceticus et P. oleovorans en fonction de la source de carbone (acétate ou alcane). Cette partie a montré le degrés de variabilité des acides gras chez les bactéries Gram-négatives M. aquaeolei et A. calcoaceticus: substitution des acides gras normaux pairs par des acides gras de même parité et même squelette que l'alcane utilisé. Chez P. oleovorans l'utilisation d'alcanes courts se manifeste aussi bien sur la distribution des acides gras membranaire que sur la composition en Β-hydroxy acides des LPS. Enfin, les Β-hydroxy acides issus des quatre bactéries étudiées sont essentiellement normaux pairs de C10 à C14 dont le composé prédominant est dépendant de l'espèce bactérienne.

L'objet de cette étude est de mettre au point une méthode d'analyse et de modélisation des propriétés de complexation et d'acidité de la matière organique naturelle (MON) la plus rigoureuse possible, en représentant ses interactions par des paramètres fiables, et en s'affranchissant de la structure exacte des composés organiques la constituant. La MON a été définie à partir d'un modèle chimique constitué de quasi-particules reproduisant les interactions non-spécifiques de la MON vis-à-vis des cations, et les interactions spécifiques à un seul métal. Le logiciel PROSECE, spécifiquement développé à cet effet, permet de calculer la spéciation chimique et d'optimiser un grand nombre de paramètres de complexation à partir de la modélisation de données expérimentales. Comparé à d'autres traitements de données, PROSECE s'est montré nettement plus approprié, d'autant plus lorsqu'il est couplé à une technique d'ajouts logarithmiques. Les interactions MON-métaux traces ont été analysées par DPASV, sur la plus large fenêtre analytique possible. Un stand de mesure a été spécialement élaboré afin d'automatiser les titrations logarithmiques. Les interactions MON-proton ont été analysées par titration acido-basique. Une caractérisation simultanée des interactions entre une MON standard, l'acide fulvique Suwannee River, le cadmium, le plomb et le proton a été réalisée. Les propriétés d'acidité d'échantillons prélevés sur La Seine au cours d'une année ont été étudiées et reliées à différents facteurs biogéochimiques. Une concentration minimale de 0.04 meq en sites acides a été définie comme limite en dessous de laquelle l'optimisation des propriétés d'acidité d'une MON devient incorrecte. PROSECE a été également utilisé pour modéliser des expériences de quenching de fluorescence, rendant plus précise leur analyse. L'analyse des propriétés de MON marines a été initiée. Du fait de la complexité du milieu, la caractérisation des propriétés de complexation est plus difficile, nécessitant quelques adaptations analytiques.

Depuis plusieurs années, le Groupe de Physico-Chimie Organique Spatiale au sein du LISA a développé un programme expérimental en laboratoire ayant pour objectif de simuler la chimie atmosphérique de Titan. Des techniques d'analyse ont été développées pour détecter et quantifier les composés formés au cours de ces simulations : spectrométrie d'absorption IR et Chromatographie en Phase Gazeuse Couplée à la Spectrométrie de Masse (CPG-SM) pour les composés gazeux, analyse élémentaire et pyrolyse couplée à la CPG-SM pour les composés solides déposés sur les parois du réacteur. Cependant, vu la complexité de la chimie étudiée, les mécanismes de formation des espèces dans le réacteur (et notamment des analogues d'aérosols de Titan) n'étaient toujours pas compris et la représentativité de l'énergie utilisée dans ce type d'expérience par plasma froid (électrons au lieu de photons UV) pour simuler les conditions stratosphériques de Titan sérieusement contestée. A l'aide d'un couplage entre l'expérience et un modèle cinétique du plasma froid, nous avons pour la première fois expliqué les mécanismes ayant lieu dans cette simulation expérimentale. Nous avons déterminé l'énergie déposée par les électrons dans la décharge; détecté, en plus des composés gazeux, les espèces à courte durée de vie (radicaux, ions, espèces excitées) in situ par spectrométrie d'émission UV-Vis; et comparé l'évolution de l'abondance relative des espèces avec les sorties du modèle. Le radical CH a été détecté dans nos simulations alors qu'il n'est pas pris en compte par la plupart des modèles photochimiques de l'atmosphère de Titan. Ainsi, s'il est présent dans l'atmosphère de Titan, il pourrait entraîner la formation de C2H2, dont l'abondance est actuellement sous-estimée d'environ 30% par les modèles photochimiques. Nous avons détecté l'ammoniac (NH3) parmi les produits majoritaires dans nos expériences. Sa présence possible sous forme condensée pourrait expliquer le comportement de l'albédo de Titan vers 5 µm avec une forte absorption des glaces d'ammoniac autour de 5,25 µm. Si sa présence se révélait confirmée par CIRS, le spectromètre IR embarqué à bord de la mission Cassini-Huygens, ce composé d'intérêt exobiologique interviendrait dans les processus de croissance des aérosols de Titan, et notamment pourrait réagir avec l'acide cyanhydrique (HCN) pour former NH4CN, qui peut produire, en présence d'eau, des bases puriques telles que l'adénine et la diaminopurine. Provenant des apports cométaires et météoritiques, la présence en quantité notable de composés oxygénés (CO, CO2 et H2O) dans l'atmosphère de Titan nous a conduit à mener la première simulation expérimentale contenant initialement N2/CH4/CO (98/1,99/0,01) afin de vérifier l'impact du monoxyde de carbone (CO), composé oxygéné majoritaire dans l'atmosphère de Titan, sur la composition de la phase gazeuse. Nous avons identifié par deux techniques d'analyse (spectrométrie IR et CPG-SM) l'oxyrane (ou oxyde d'éthylène, C2H4O) comme composé organique oxygéné majoritaire. Ce composé a été détecté dans le milieu interstellaire et sa possible présence sur Titan pourra être confirmée par CIRS (signature à 11,4 µm). L'évolution de l'abondance des espèces dans la décharge ainsi que celle de la composition atomique des tholins en fonction des paramètres expérimentaux a permis de proposer un processus de remplacement d'un hydrogène porté par un carbone par un radical C≠N ayant lieu sur les composés organiques gazeux. Cette hypothèse est en accord avec des réactions proposées par les modèles de chimique atmosphérique : HCN + CN  C2N2 + H k = 6,31.10-17 Tg1,57 exp (-50/Tg) cm3.s-1 C2H2 + CN  HC3N + H k = 5,67.10-9 Tg-0,55 exp(-4/Tg) cm3 s-1 C2H4 + CN  CH2CHCN + H k = 1,25.10-10 (Tg/300)0,7 exp(-30/Tg) cm3 s-1 Ce type de réactions serait aussi possible avec les polyynes pour former des cyanopolyynes : C4H2 + CN  HC5N + H k = 2.10-10 cm3 s-1 C6H2 + CN  HC7N + H k = 2.10-10 cm3 s-1 C8H2 + CN  HC9N + H k = 2.10-10 cm3 s-1 Concernant les tholins, le même type de mécanisme aurait lieu sur une structure constituée de systèmes conjugués. La comparaison entre l'énergie déposée dans le réacteur et celle arrivant dans l'atmosphère de Titan a pour la première fois été réalisée, permettant ainsi de discuter de la représentativité énergétique du plasma. La puissance fournie par les électrons dans le plasma est 108 fois plus importante que celle apportée par les photons dans les domaines d'énergie correspondant aux dissociations du méthane et de l'azote (> 10eV ; < 150 nm). Une comparaison avec les taux de production des composés solides a montré que la simulation expérimentale a un taux de production environ 104 fois inférieur à celui de Titan (taux rapporté à la puissance déposée).

Les phénomènes météorologiques locaux observés dans les vallées alpines conduisent fréquemment à l'accumulation des émissions anthropiques dans les basses couches de l'atmosphère. Le développement d'un modèle numérique a permis de reproduire l'évolution chimique de la masse d'air pendant les périodes d'observations intensives du programme POVA. Dans les vallées de Chamonix et de Maurienne, les simulations réalisées démontrent par l'étude d'indicateurs photochimiques (NOy, O3/NOz, H2O2/HNO3) un régime de production de l'ozone contrôlé par les composés organiques volatils ainsi qu'une prépondérance régionale de ce composé secondaire. Le développement d'un indicateur localisant les zones de production de l'ozone peut aider à définir des scénarios d'abattement. Le mécanisme chimique RACM permet de décrire l'évolution de nombreuses espèces, il est possible de conclure qu'en hiver, le trafic routier et le chauffage sont les principaux émetteurs des composés organiques volatils.

Cette étude porte sur la caractérisation physico-chimique, la quantification et le traçage des émissions particulaires métalliques d'une UIOM dans l'air ambiant. Les techniques utilisées (traitement des données in situ ; modèles de mélange : UMNIX et CMB ; extractions séquentielles, spectrométrie d'absorption des rayons X (XAS)) s'accordent pour : - identifier la source « UIOM » par deux profils (Zn–Ca et Ba–Cu–Fe–Zn–Pb–Ca) ; - estimer sa contribution à environ 25% de la contribution totale des sources ; - montrer une variabilité saisonnière en terme de profil et de contribution ; - montrer que certains éléments émis sont facilement mobilisables. Cette première approche XAS sur des particules atmosphériques montre que le zinc et le plomb se trouvent dans un environnement atomique composé de calcium, de silicium et d'aluminium. Les signatures isotopiques du plomb définissent un pôle « UIOM » et confirment la localisation du centre ville hors de la zone d'influence du panache de l'usine.

L'atmosphère des hautes latitudes sud demeure très peu documentée à l'heure actuelle. Or, la compréhension des systèmes biogéochimiques à ces latitudes est nécessaire tant pour l'interprétation des archives glaciaires que pour évaluer l'importance de ces régions dans le climat actuel et futur, en liaison notamment avec les émissions océaniques de diméthylsulfure (DMS). Des études de distributions en taille de l'aérosol sur la base côtière antarctique de Dumont d'Urville ont permis de mieux cerner les problèmes de fractionnement de l'aérosol marin par rapport à la composition de l'eau de mer. En hiver, un déficit de sulfate par rapport au sodium ou au chlore est observé. La chronologie et l'ampleur de ce phénomène ont pu être précisés, dans le but de quantifier le nss-sulfate hivernal. Un second phénomène de fractionnement du sel de mer, lié à la remobilisation de HCI et traduit par un déficit de chlore par rapport au sodium, se révèle peu marqué sur le site suite à la combinaison de plusieurs paramètres, parmi lesquels l'influence locale d'émissions ornithogéniques alcalines. Depuis fin 1998, des mesures de DMS et de DMSO complètent les prélèvements d'aérosols continus depuis 1991. Après trois années de mesures, il apparaît une très grande variabilité interannuelle des teneurs en DMS liée à une variabilité importante de la source océanique locale en été. Si les niveaux de DMS paraissent fortement dépendants de cette source à une échelle locale, les espèces oxydées (MSA, sulfate) sont plutôt représentatives en été des émissions océaniques à une échelle régionale. En hiver, leurs teneurs sont très faibles (15 à 20 ng/m3 de nss-sulfate, hors perturbation volcanique, dont une moitié serait d'origine biogénique). Enfin, des études de photochimie en été ont confirmé l'importance d'un puits hétérogène du DMSO qui semble avoir une dépendance photochimique et s'inscrit comme étant une voie de production privilégiée de MSA particulaire.

Au sein du système complexe que constitue le climat, l'océan joue un rôle primordial. D'une part, il enregistre et intègre les effets du changement climatique; d'autre part, les échelles de temps de ses variations naturelles, et notamment son inertie thermique environ mille fois supérieure à celle de l'atmosphère, en font un acteur important susceptible de moduler les effets futurs du changement climatique. Cette thèse se propose de mettre en évidence des signatures du changement climatique d'origine anthropique dans l'océan. Pour cela, nous étudions les évolutions observées de la température océanique de sub-surface et de la salinité océanique de surface, au cours des trente à cinquante dernières années. Des méthodes statistiques de détection de la réponse au forçage anthropique sont utilisées pour déterminer si une influence humaine peut être détectée dans les changements récents observés.

Le Sud-Est de l'Amérique du Sud (SESA) est l'une des rares régions subtropicales où les modèles climatiques du WCRP/CMIP3 projettent une augmentation significative des précipitations en été austral pour la fin du XXIème siècle, dans un scénario de réchauffement climatique. Ce signal est associé à une augmentation de la fréquence des étés identifiés comme des phases positives du mode dominant de la variabilité des précipitations dans la région, ce mode étant défini par des précipitations au-dessus (en-dessous) de la normale dans le SESA (zone de convergence d'Atlantique Sud). Cette tendance est associée à une augmentation de la température de surface de la mer (SST) dans le Pacifique équatorial. Cela est confirmé par des expériences de simulation numérique effectuées avec le système interactif two-way nesting du LMDZ4, qui montrent aussi que l'augmentation projetée des précipitations dans le SESA est associée au signal zonalement asymétrique du réchauffement des SST.

Ce travail de thèse a visé le développement d'un outil d'évaluation des flux métalliques annuels émis par les matériaux de couvertures à l'échelle d'un bassin versant, dans le contexte architectural et météorologique de l'Île-de-France. La méthodologie mise en place pour tendre vers ce but repose sur (1) l'évaluation des émissions annuelles de métaux par différents matériaux métalliques de couverture classiquement utilisés dans la région grâce à une approche expérimentale sur bancs d'essais, (2) l'établissement d'un cadre méthodologique pour la modélisation des flux métalliques émis à l'échelle annuelle par les toitures d'un bassin versant qui se base d'une part sur la modélisation des émissions métalliques par les matériaux à différentes échelles spatiales et temporelles (en fonction de la pluviométrie, de la géométrie du toit...) à partir des données obtenues sur les bancs d'essais, et d'autre part sur la quantification des surfaces métalliques des toitures d'un bassin versant. La première partie du travail a donc consisté à développer et à exploiter, sur deux sites différents, des bancs d'essais expérimentaux d'1/2 m², testant 12 matériaux métalliques issus de 5 familles (zinc, cuivre, plomb acier, aluminium), sous différentes mises en oeuvre (panneaux, gouttières, crochets de fixation). 13 espèces métalliques ont été quantifiées dans les eaux de ruissellement collectées ce qui a permis (1) d'acquérir une importante base de données de taux de ruissellement annuels par les différents matériaux, mettant en évidence que les taux de ruissellement annuels obtenus peuvent être assez importants, de l'ordre de plusieurs grammes par m² et par an pour les éléments constitutifs des matériaux, (2) de hiérarchiser ces matériaux en fonction de leur potentiel polluant, à travers la définition d'un indice de contamination métallique se basant sur les émissions de Cd, Cu, Ni, Pb et Zn et permettant de tenir compte des différences de toxicité des métaux. Une modélisation des émissions métalliques par les matériaux à différentes échelles de temps a été réalisée, conduisant à la conclusion que la hauteur de pluie, ainsi que la durée d'exposition sont des paramètres fondamentaux. Il est apparu que la hauteur de pluie seule est suffisante pour modéliser les émissions métalliques par les matériaux à des échelles de temps longues mais ne suffit pas à modéliser ces émissions sur quelques semaines. Un modèle plus complexe, basé sur une hypothèse d'accumulation / dissolution de produits de corrosion à la surface des matériaux donne des résultats satisfaisant à ces échelles de temps plus courtes. L'extrapolation spatiale des résultats de ruissellement obtenus sur les bancs d'essais s'est basé sur d'autres expérimentations, d'abord sur bancs d'essais conduisant à la conclusion que la longueur d'écoulement n'a pas d'influence sur la masse de métal entraînée dans le ruissellement, qui peut être calculée à partir de la hauteur de pluie, de la surface projetée et de l'inclinaison du panneau (qui s'avère négligeable quand elle est inférieure à 50°); puis à l'échelle de toits réels pour une étape de validation. Dans la seconde partie de ce travail, la quantification des surfaces de rampants à l'échelle d'un bassin versant a été effectuée grâce à un outil de classification d'image basé sur l'analyse de la radiométrie des matériaux à partir d'une photo aérienne. Les résultats obtenus sont encourageants, avec environ 75 à 80% des toits qui bien classés à l'issue de la classification. Les principales erreurs reposent sur des confusions de l'outil entre des matériaux de radiométries voisines (ardoise / zinc par exemple, qui peuvent être proches en fonction du degré d'ensoleillement)...