Cette thèse présente l'étude d'un système convectif à méso-échelle (MCS), observé à Niamey (Afrique de l'Ouest) au cours de la campagne AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine) en 2006, à l'aide d'un modèle numérique à méso-échelle (BRAMS). L'objectif est de documenter le cycle de vie de ce type de système nuageux complexe et de caractériser les processus microphysiques prépondérants à l'aide d'observations synthétiques. Pour cela, plusieurs simulateurs d'instruments de télédétection ont été couplés aux sorties du modèle afin de créer un jeu de données qui soit comparable aux observations réalisées durant la campagne (au sol, aéroportées et satellitaires) : un radar à 95 GHz (facteur de réflectivité équivalente et vitesse Doppler), un lidar à 532 nm (coefficient de rétrodiffusion atténué) et un radiomètre infrarouge (températures de brillance à 8.7, 10.6, et 12 µm). Les comparaisons directes et statistiques ont mis en évidence l'importance de l'utilisation d'un schéma microphysique à deux moments pour la restitution de ce type de système. La caractérisation à méso-échelle de ce MCS a été effectuée en utilisant une méthode originale de discrimination des parties convectives, stratiformes et cirriformes à partir des températures de brillance et des réflectivités radar. L'analyse statistique des champs de température de brillance a permis de vérifier que le modèle BRAMS représente de façon réaliste le cycle de vie du MCS étudié. Dans le cadre d'une analyse à petite échelle, les comparaisons entre les réflectivités radar et les vitesses Doppler (observées et simulées) ont montrées que le processus de givrage était surestimé par le modèle même dans la partie stratiforme du MCS. L'étude des différents échanges entre classes d'hydrométéores a permis de mettre évidence le fait que les agrégats givrés, souvent observés, n'étaient pas correctement restitués par le modèle. Un ajustement de la paramétrisation de deux classes d'hydrométéores glacés (agrégat et graupel) est donc nécessaire. Le paramètre de forme des lois gamma utilisées pour représenter la distribution en taille de ces hydrométéores, ainsi que les coefficients des lois masse-diamètre doivent être modifiés afin de mieux représenter la gamme des densités observées in situ. Néanmoins, la variabilité des distributions en tailles calculées à partir des 7 classes d'hydrométéores dans cette partie de l'enclume est en accord avec les distributions observées in situ.

Le changement climatique est relié à l'évolution de la composition chimique de l'atmosphère et de sa capacité oxydante, impliquant le système COV-NOy-HOx-O3. La troposphère tropicale, de l'Afrique de l'Ouest en particulier, joue un rôle critique sur la composition atmosphérique globale pour trois raisons majeures : (1) l'existence d'importantes sources de précurseurs d'espèces photooxydantes, (2) une photochimie active, (3) une activité convective intense en période de mousson. Pour évaluer son rôle, il est nécessaire de bien caractériser ces différents processus et leur interaction. Cette question est au coeur du programme international AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine) dans lequel s'inscrit cette thèse. Ce travail a pour objectif de caractériser et d'évaluer l'impact de la convection nuageuse profonde sur la chimie photooxydante de la troposphère libre en Afrique de l'Ouest, en particulier pour les composés organiques volatils (COV), qui sont d'importants précurseurs d'ozone. Ce travail s'appuie sur les données physico-chimiques recueillies sur les deux avions de recherche français au cours de la campagne d'observation intensive de l'été 2006 de AMMA. Afin de compléter le dispositif instrumental embarqué, une nouvelle instrumentation de mesure indirecte des COV a été d'abord développée. Puis, l'utilisation de traceurs physico-chimiques et la mise en place d'outils diagnostiques appliqués aux COV (profils verticaux de concentrations, rapport de concentration de COV ad hoc, horloge photochimique, réactivité totale vis-à-vis de OH) ont montré que la convection profonde assure un transport vertical rapide et efficace des espèces gazeuses réactives émises près de la surface vers la haute troposphère. Enfin, un modèle photochimique de boîte 0D a permis de renseigner l'évolution de la composition chimique des masses d'air post-convectives. Les simulations montrent que les espèces transportées par la convection participent activement à la chimie et conduisent à une production nette et significative d'ozone dans la haute troposphère. La sensibilité de la production d'ozone aux précurseurs gazeux (COV et NOx) a été également évaluée

La surface de l'océan, interface entre deux milieux l'un liquide et l'autre gazeux, est un lieu d'échange d'énergie dans lequel l'influence du vent est importante. La compréhension des processus d'échanges est un enjeu important pour appréhender la dynamique et le couplage des deux milieux. Lors du transfert d'énergie mécanique du vent vers les vagues, une partie de l'énergie participe à l'amplification des vagues, via la traînée de forme, une autre contribue au courant de dérive, via la traînée visqueuse. Une étude expérimentale a été menée afin de déterminer la répartition de cette énergie entre ces deux traînées pour différentes conditions de vent et de vagues. La détermination de la traînée de forme passe par la mesure de la pression statique au plus près de la surface et celle de la traînée visqueuse par la mesure de la vitesse de l'écoulement de l'air dans la sous-couche visqueuse. Des dispositifs expérimentaux originaux ont été développés dans cette optique. Une sonde de pression constituée d'une antenne de pression de type Elliot et d'un capteur miniature inséré au plus près du point de mesure permet de donner une description détaillée des champs de pression dans la couche limite turbulente. Un dispositif "suiveur à vagues" asservi à une sonde à vagues, permet de réaliser les mesures au plus près de la surface notamment dans le creux des vagues. Enfin, un dispositif « plongeur » permet de faire transiter une sonde de vitesse dans la sous-couche visqueuse de l'air afin de déterminer les contraintes de cisaillement au niveau de la surface. Ces mesures permettent d'obtenir une description fine de la structure locale de l'écoulement de l'air dans les zones toutes proches de la surface marine. Ainsi, nous montrons que la contribution de la tension visqueuse à la tension totale est une fonction décroissante du vent et de la cambrure de l'onde dominante. On montre également que la tension visqueuse n'est pas constante le long du profil de la vague mais présente des modulations, fonction de la phase de la vague, qui s'amplifient avec la cambrure de la vague. Par ailleurs, l'étude des champs de pression met en défaut les méthodes classiques de mesure de la traînée de forme qui consiste à extrapoler le profil vertical des corrélations Pression-Pente à l'altitude de l'eau au repos. L'expression analytique du flux de quantité de mouvement de l'air à l'eau écrite dans un repère mobile permet d'identifier les diverses composantes qu'on peut relier à la traînée totale à la surface. Une étude comparative de la mesure des flux du vent vers les vagues via la méthode Inertio-Dissipative et la méthode directe montre que les résultats divergent à proximité de l'interface. Bien que tous les termes de l'équation bilan de l'énergie cinétique de la turbulence ne puissent être déterminés expérimentalement, on montre que des termes supv plémentaires apparaissent lorsque les mesures sont réalisées sur un support mobile lié aux déplacements de l'interface. Une approche expérimentale montre que la durée de vie de vagues scélérates générées par focalisation spatio-temporelle est significativement augmentée en présence de vent. Une forte asymétrie est effectivement observée entre les phases de focalisation et de défocalisation. L'étude des interactions entre le vent et le groupe focalisant met en évidence que ce phénomène est en partie dû au mécanisme de décollement de l'air à la crête de la vague extrême.

L'objectif de ce travail était d'étudier les interactions entre une plante « phytoremédiatrice », Lantana camara (Verbenaceae), le ver de terre, Pontoscolex corethrurus (Glossoscolecidae) et les microorganismes telluriques d'un sol pollué au plomb. Dans un premier temps, il apparaît que dans les sols contaminés, la présence de ver conduit à un accroissement de la biomasse des parties aériennes et racinaires des plantes ainsi qu'à une augmentation de l'absorption de plomb. La caractérisation physico-chimique des agrégats racinaires a montré que l'activité des vers augmente le taux de matière organique, la capacité d'échange cationique ainsi que l'azote total, le potassium total et disponible. De plus, la présence des vers augmente certaines activités enzymatiques de la rhizosphère. La croissance accrue de L. camara pourrait résulter de ces différentes actions. L'action des vers de terre sur les plantes se ferait via les communautés microbiennes telluriques. Ainsi, la biomasse des microorganismes, bactéries et champignons, des agrégats racinaires augmente en présence de vers. La PCR-DGGE n'a pas permis de mettre en évidence de modifications de la structure taxonomique des communautés bactériennes sous l'influence du Pb et/ou du vers, par contre l'analyse des profils physiologiques par plaques Biolog montre clairement une diversification fonctionnelle bactérienne. Les communautés fongiques voient, elles, leur diversité taxonomique, augmenter sous l'action des vers. La restructuration des populations microbiennes, en présence de vers, des agrégats racinaires élaborés par les plantes en milieu pollué au plomb est l'élément déterminant pour la compréhension de l'impact de P. corethrurus sur la croissance et la phytoremédiation de L. camara. L'association de ces deux organismes aurait donc un potentiel considérable pour le traitement de sites industriels pollués au plomb

La tortue verte (Chelonia mydas) constitue l‘un des espèces emblématiques de la vie marine, pourtant de nombreuses menaces pèsent de nos jours encore sur sa survie (braconnage, captures accidentelles). Ainsi, malgré l‘essor de mesures de protection menées à travers pour sa sauvegarde, la tortue verte constitue une espèce ‗en danger d‘extinction‘ et figure dans l‘Annexe I de la Convention de Washington (CITES). Afin d‘élaborer des plans de gestion et de conservation qui soient efficaces, il est important d‘avoir une parfaite connaissance de la biologie de la tortue verte, mais aussi de la structure de ses populations et de leurs caractéristiques. C‘est dans ce cadre que s‘inscrit la présente étude. L‘objectif de cette étude était d‘acquérir des connaissances sur la structure des populations de tortues vertes dans le sud-ouest de l‘océan Indien grâce à l‘utilisation de l‘outil génétique. Au total, 1551 échantillons de tissu ont été collectés dans la zone d‘étude et dans notre site témoin la Polynésie française (37 échantillons). Toutes les catégories d‘individus ont été échantillonnées (excepté les mâles en phase de reproduction) et les 15 sites d‘échantillonnage comprennent à la fois des sites de ponte, d‘alimentation et de développement pour les immatures. Deux types de marqueurs ont été utilisés : la région contrôle de l‘ADN mitochondrial et 6 loci microsatellites, afin d‘appréhender au mieux l‘apport des lignées maternelles et paternelles. Nous avons pu mettre en évidence la présence dans le sud-ouest de l‘océan Indien de 29 haplotypes distincts, appartenant à trois clades fortement divergents dont l‘un constitué d‘haplotypes originaires de l‘océan Atlantique. Parmi ces haplotypes, 7 ont été détectés pour la première fois dans la zone d‘étude, et 15 autres n‘ont jamais été précédemment décrits chez cette espèce. Ils sont présents dans chacun des 3 clades d‘haplotypes. Ces nouveaux haplotypes semblent spécifiques à la région, et en font une zone originale. On observe par ailleurs une grande richesse allélique dans les effectifs analysés. Ces résultats montrent que le sud-ouest de l‘océan Indien est une zone riche et très diversifiée. Cette région joue un rôle important dans la diversité génétique globale de l‘espèce. Le sud-ouest de l‘océan Indien constitue l‘une des deux seules zones connues à l‘heure actuelle de contact entre les deux métapopulations de tortues vertes (Atlantique-Méditerranée et Indo-Pacifique). Ce contact a entraîné la formation d‘un cline génétique portant principalement sur les fréquences relatives des haplotypes CM8 (Atlantique) et C3 (Indo-Pacifique). Les résultats obtenus lors de l‘analyse microsatellite de la différenciation entre les individus originaires des deux métapopulations montrent que le sud-ouest de l‘océan Indien constitue une zone d‘échanges génétiques entre les deux métapopulations, participant au brasage génétique de l‘espèce. L‘étude de facteurs, intrinsèques et extrinsèques, pouvant influencer la structuration des populations apportent de nombreuses informations qui pourraient s‘avérer utiles lors de l‘élaboration de plans de gestion. La structure des femelles et des mâles en alimentation ne diffère pas, contrairement à celle des immatures qui semble s‘organiser en ‗pools régionaux‘ qui seraient le fruit de l‘interaction d‘un comportement de philopatrie et d‘une influence des courants océaniques. La forte différenciation mitochondriale des femelles en ponte et la très faible différenciation microsatellite observée à l‘échelle de la région, indiquent l‘existence de flux de gènes via les mâles. La composition génétique d‘un site ne varie pas de manière significative au cours de l‘année. Par contre, elle peut varier d‘une année à l‘autre, signifiant l‘alternance dans certains sites de ponte de plusieurs populations distinctes. L‘évolution de la composition génétique d‘un groupe, au cours de 10 ou 20 ans, diffère selon le site considéré. La distance ne semble pas influencer de manière significative la structuration des populations au niveau microsatellite. Les femelles en ponte sur la plage de Saziley (Mayotte) diffèrent génétiquement de celles pondant sur les deux autres plages de l‘île. La structure observée des populations est en accord avec l‘organisation des courants océanique dans la région.

Ce travail de thèse a pour objectif de caractériser et quantifier les différences entre indices climatiques océaniques grande échelle simulés par une hiérarchie de neuf modèles numériques océaniques réalistes (cinq simulations libres et quatre réanalyses). Cette étude se focalise sur la région Atlantique Nord. Les indices climatiques suivants : transport méridien de volume (circulation méridienne d'overturning) et transport méridien de chaleur sont diagnostiqués dans les différents modèles. La période commune à huit des simulations s'étend sur neuf ans, l'étude de la variabilité de ces indices climatiques se focalise sur l'echelle interannuelle. L'influence de différents paramètres numériques : configuration et la résolution spatiales des modèles numérique libres, et l'influence de différents schémas d'assimilation de données séquentielle des réanalyses, sont évaluées au regard des observations et estimations disponibles de ces indices climatiques grande échelle. Il ressort de ce travail une importante diversité des solutions des modèles quant aux valeurs moyennes et aux variations de ces transports méridiens de volume et de chaleur. Les réanalyses océaniques étudiées ici, qui ont pourtant été contraintes vers un océan observé, peinent à converger vers des indices climatiques grande échelle cohérents, tant en moyenne qu'en variabilité interannuelle. Le manque de robustesse de ces réanalyses s'exprime par leur faible cohérence entre elles mais aussi au regard des estimations observationnelles disponibles, et illustre ainsi la difficulté de simuler des indices climatiques cohérents à grande échelle en assimilant avec des contraintes locales.

En Manche, le golfe normano-breton se distingue par plusieurs particularités environnementales telles que la présence de structures hydrodynamiques tourbillonnaires autour des îles anglo-normandes, un des plus large estran européen en baie du Mont-Saint-Michel en raison d'un marnage exceptionnel, et de nombreuses activités humaines liées au tourisme, à la conchyliculture ou à la pêche artisanale. Au regard de son grand intérêt écologique et économique, le golfe constitue ainsi l'une des principales zones côtières pour laquelle des mesures coordonnées de gestion prenant en considération les impacts des activités humaines existantes est nécessaire. Dans ce contexte, afin d'évaluer l'impact des contraintes environnementales naturelles ou anthropiques sur la structure des communautés benthiques, deux systèmes à deux échelles spatiales différentes ont été étudiés : la communauté des sédiments grossiers à Glycymeris glycymeris du golfe normano-breton et l'estran de la baie du Mont-Saint-Michel. Les principales questions que nous avons traitées sont : (1) Comment les spécificités hydrodynamiques du golfe (i.e. structures ourbillonnaires) influencent la structure et la dynamique des communautés benthiques ? Quel est le rôle relatif des gradients environnementaux et de la conchyliculture sur les communautés benthiques de la baie ? Quel est le statut écologique de la baie ? A l'échelle du golfe, une très faible relation a été observée entre les cinq principales structures tourbillonnaires (i.e. Flamanville, Jersey, Guernesey, la baie de Saint-Brieuc et la baie du Mont-Saint-Michel) et la structure de la communauté des sables grossiers à G. glycymeris. La relative homogénéité de cette communauté est ainsi favorisée par la relative perméabilité des tourbillons et la distribution des espèces est plutôt contrôlée par la présence de fronts thermiques. Toutefois, des différences ont été observées dans les structures démographiques des principales espèces de bivalves (i.e. Paphia rhomboides, G. glycymeris et Timoclea ovata) entre les gyres, suggérant que la connectivité entre eux peut-être réduite. En dépit d'une élévation de la température d'environ 1,5°C au cours des 30 dernières années, une étude comparative de la distribution de quelques espèces entre nos données et des données acquises dans les années 70 ne met pas en évidence de profondes modifications à de rares exceptions près. A cette échelle, l'effet du réchauffement peut être associé aux perturbations induites par la pêche pour expliquer le déclin ou le développement des espèces. A l'échelle de la baie du Mont-Saint-Michel, les distributions des assemblages benthiques et des 4 principales espèces de bivalves (i.e. Abra alba, Cerastoderma edule, Macoma balthica et Spisula ovalis) suivent un gradient altitudinal conventionnel. Elles sont fortement contrôlées par des facteurs environnementaux naturels (i.e. hauteur sur l'estran, granulométrie) alors que la conchyliculture joue un rôle mineur : celle-ci favorise uniquement localement le développement d'espèces opportunistes, en particulier des oligochètes et des polychètes cirratulidae. La principale conséquence environnementale de la conchyliculture a vraisemblablement été l'introduction du gastéropode Crepidula fornicata qui régule fortement la production primaire au sein de la baie. L'analyse des structures démographiques des bivalves suggère que l'instabilité du sédiment influence fortement les patrons de recrutement de certaines espèces. Le statut écologique de la baie du Mont-Saint-Michel a été déterminé à partir de 6 indices biologiques développés dans le cadre de la Directive Cadre sur l'Eau (i.e. H', AMBI, BOPA, M-AMBI, UK index, DK index). La baie apparaît globalement classée dans un statut ‘bon' ou ‘fort' bien que les valeurs du statut écologique calculées par les différents indices puissent différer. Par exemple, dans un milieu soumis à de fortes contraintes environnementales naturelles qui influencent fortement la richesse spécifique ou les densités totales, la qualité de certains indices est altérée. Finalement, une carte des habitats de la baie a été dressée sur la base des cahiers d'habitats mise en place avec Natura 2000.

L'étude des réseaux trophiques nécessite une compréhension des phénomènes naturels relatifs à la distribution et l'abondance des organismes dans leur environnement. Les oiseaux marins tropicaux ont une distribution hiérarchique qui dépend de la position de leurs colonies vis à vis des structures physiques du milieu favorisant la production biologique, et de la capacité de dispersion des oiseaux, qui est fortement influencée par leur statut (reproducteur, migrateur, ...). A macro-échelle (103km) cette distribution reflète les limites de leurs habitats, à méso-échelle (10²km) la présence de structures qui agrègent les proies et à micro-échelle (101 km), la présence temporaire en surface, de proies rendues accessibles le plus souvent par les bancs de prédateurs en chasse, tels que les thons. Dans le sud-ouest de l'océan Indien, plus de 6 millions d'oiseaux sont présents, dont 99% sont des sternes fuligineuses. Elles se reproduisent de façon saisonnière en hiver austral aux Seychelles et à Europa, en été austral à Juan de Nova. La concentration en chlorophylle plus élevée autour des colonies saisonnières favorise le développement de chaînes alimentaires qui aboutissent aux sternes. La position des Glorieuses semble avoir favorisé une reproduction sub-annuelle,soutenue par la présence de proies autour des colonies toute l'année. Les rélèvements de biomasse effectués par les sternes en reproduction sont estimés à plus de 55 000 tonnes par an, dans le canal du Mozambique. Ces prélèvements concernent des calmars, des poissons pélagiques et des larves de poissons, avec des proportions variables suivant les sites.

L'objectif de cette thèse était d'améliorer les performances des prévisions d'ensemble hydrologiques du modèle SAFRAN-ISBA-MODCOU (SIM) de Météo-France. D'abord, la Prévision d'Ensemble ARPEGE (PEARP) a été utilisée (en remplacement de l'EPS à 10 jours du CEPMMT). Une étude statistique comparative à courte échéance des deux forçages météorologiques désagrégés et prévisions de débits a été réalisée. Ensuite, les états initiaux des prévisions d'ensemble de débits ont été améliorés par une assimilation des débits dans SIM-analyse (qui initialise le système ensembliste). Le but est d'améliorer les simulations de débits en modifiant l'humidité du sol avec la méthode du Best Linear Unbiased Estimator (BLUE). Plusieurs configurations ont été testées et ont montré une nette amélioration des simulations de débits. Enfin, on a quantifié l'impact de cette assimilation de débits sur les deux systèmes de prévisions d'ensemble des débits. L'amélioration est significative, même à moyenne échéance.

This study concentrates on analysis of LongEZ aircraft data taken offshore of the Atlantic Coast of the United States. Due to the land structure of the region, it was possible to isolate the effect of narrow land on air as it flows offshore. The narrow land (Outer Banks) separates inland water from the sea. With greater land fetch, the internal boundary layer (IBL) over land grows deeper and the eddies presumably grow larger. Larger eddies typically decay more slowly than smaller eddies, and so the turbulence advected from land with a larger land fetch should survive longer over the sea and be greater in magnitude than that with smaller land fetch. The turbulence is studied using aircraft eddy correlation data as the flow is advected over the water. As expected, greater and longer-lasting turbulence is present downstream from greater land widths. Aircraft data taken over the Gulf Stream (GS) boundary are analyzed to study the effects of the sea surface temperature (SST) front on downstream boundary layer structure. Unstable and stable flows are studied in this region. The stable flow case is found to have an upside-down structure, with greater turbulence aloft causing stress convergence at the surface, which acts to accelerate the flow. The local thermally generated pressure gradient is important in the momentum budget across the GS front in both flow cases. A synthetic aperture radar (SAR) image is analyzed qualitatively in the region between the Atlantic Coast and the Gulf Stream front for intercomparison of data and to examine the influences of varying static stabilities and surface conditions upon the backscatter shown in satellite images. The growth rates of the internal boundary layer due to flow over a heterogeneous surface including flow from land over the water and flow between cooler water and warmer water are calculated. These results are compared to similar calculations of growth rates from previous experiments. It is found that the growth rate of an internal boundary layer is dependent on surface roughness, despite the inclusion of σ[subscript w] in the normalization of the growth rate. / Graduation date: 2003