Les observations météorologiques depuis les satellites dans le domaine des micro-ondes sont actuellement limitées à 190 GHz. La prochaine génération de satellites météorologiques opérationnels européens (EUMETSAT Polar System-Second Generation-EPS-SG), em- portera un instrument, le Ice Cloud Imager (ICI), avec des fréquences sub-millimétriques jusqu’à 664 GHz, afin d’améliorer la caractérisation globale des nuages de glace. Pour préparer l’exploitation de ces nouvelles données, durant cette thèse, des travaux ont été effectués sur quatre axes complémentaires. Des simulations réalistes de transfert radiatif ont été réalisées de 19 à 700 GHz, pour des scènes météorologiques réelles, couvrant une grande variabilité des nuages en Europe. L’objectif était double : premièrement mieux comprendre la sensibilité des ondes millimétriques et sub-millimétriques à la phase glacée des nuages, deuxièmement créer une base de données robuste pour développer une méthode d’inversion statistique des caractéristiques des nuages de glace. Un code de transfert radiatif atmosphérique (Atmospheric Radiative Transfer Simulator ARTS) a été couplé avec des profils atmosphériques simulés par un modèle méso-échelle de nuage (Weather Research and Forecasting WRF), pour douze scènes européennes aux moyennes latitudes. Les propriétés de diffusion des hydrométéores (glace, neige, graupel, pluie et eau dans le nuage) ont été soigneusement sélectionnées, en particulier pour la phase glace, et la compatibilité avec la microphysique de WRF a été testée : le Discrete-Dipole approximation (DDA) est adopté pour calculer les propriétés diffusantes des particules de neige. Les simulations obtenues ont été systématiquement comparées avec des observations satellitaires coïncidentes d’imageurs et de sondeurs jusqu’à 200 GHz. L’accord entre les simulations et les observations montre la bonne qualité de la base de données, au moins jusqu’à 200 GHz... / The meteorological observations from satellites in the microwave domain are currently limited to 190 GHz. The next generation of European operational Meteorological Satellite (EUMETSAT Polar System-Second Generation-EPS-SG) will carry an instrument, the Ice Cloud Imager (ICI), with frequencies up to 664 GHz, to provide unprecedented measurements in the sub-millimeter spectral range, aiming to improve the characterization of ice clouds over the globe. To prepare this upcoming satellite-borne sub-millimeter imager, during this thesis, scientific efforts have been made on four complementary aspects. Realistic radiative transfer simulations have been performed from 19 to 700 GHz, for real meteorological scenes, covering a large variability of clouds in Europe. The goal was two fold, first to better understand the sensitivity of the microwave to sub-millimeter waves to the cloud frozen phases, and second, to create a robust training database for a statistical cloud parameter retrieval. The Atmospheric Radiative Transfer Simulator (ARTS) is coupled with atmospheric profiles from the Weather Research and Forecasting (WRF) model, for twelve diverse European mid-latitude scenes. The single scattering properties of the hydrometeors (cloud ice, snow, graupel, rain, and cloud water) are carefully selected, especially for the frozen phases, and compatibility with the micro- physics in WRF is tested: the Discrete-Dipole Approximation (DDA) is adopted for snow particles. The resulting simulations have been systematically compared with coincident satellite observations from imagers and sounders up to 200 GHz. The agreement between simulations and observations shows the good quality of the simulated training database, at least up to 200 GHz...

L'étalonnage des radiomètres embarqués sur satellite, utilisés pour l'observation de la Terre, est basé sur l'utilisation de sources de référence, capables de générer des températures de brillance ou des températures de bruit bien distinctes : une source chaude et une source froide. Dans le cas de la source froide, l'utilisation de sources externes (comme par exemple le ciel froid) est la méthode la plus communément utilisée. L'utilisation d'une charge froide active (ACL pour Active Cold Load) réalisée à base de transistors présente de nombreux avantages en termes d'intégration et de simplification du système. La première partie de cette thèse est consacrée au principe de la radiométrie. Après avoir rappelé l'importance des techniques de télédétection utilisées pour l'observation de la Terre, un état de l'art, non exhaustif, des différents types de radiomètre est présenté. L'un des éléments importants de l'instrument, quel que soit l'architecture choisie, est la phase de calibrage. De ce fait, un état de l'art sur les sources de référence, et plus particulièrement sur les charges froides actives est exposé. On constate notamment, que de part leur faible niveau de bruit et de leur couverture fréquentielle, les transistors à effet de champ (FET) sont de bons candidats. Nous présentons dans le second chapitre, un nouveau type de charge froide active basée sur l'utilisation d'un transistor bipolaire à hétérojonction (HBT) SiGe en bande L. Nous détaillons la technologie et la topologie du circuit et nous montrons les résultats obtenus concernant l'adaptation, la température de bruit et la sensibilité aux variations de température ambiante. En vue de comparer les différentes technologies en termes de stabilité à long terme, nous présentons également la conception et la caractérisation d'une ACL avec un PHEMT sur GaAs. La troisième partie concerne la réalisation d'un radiomètre spécifique, dans le but d'évaluer la stabilité à long terme des charges froides qui ont été déve loppées. La conception de ce radiomètre a été articulée autour de deux points critiques : limiter les variations de gain du système pour accroitre sa stabilité et obtenir une très bonne sensibilité. Pour cela, les choix technologiques et techniques ainsi que les performances du système sont détaillées. Enfin, la dernière partie de cette thèse est consacrée à l'étude de stabilité à long terme des ACLs qui ont été réalisées. Celles-ci sont très stables sur le court-terme, et présentent des caractéristiques intéressantes sur le long terme. Les différences concernant les comportements et les performances des deux circuits sont abordées.