La méthode de reconstitution de l'histoire de la température à la surface du sol (HTSS) à partir de profils de température mesurés dans des forages est présentée et mise en application afin d'apporter quelques éléments de réponse à des questions portant sur les changements climatiques passés. La thèse est divisée en trois chapitres dont le premier porte principalement sur des aspects méthodologiques et les deux autres sur des problèmes de détermination des changements de températures de surface auxquels la méthode fournit des solutions. Le premier chapitre porte sur la sélection de profils de température lors de reconstitutions régionales de l'HTSS. Différents procédés de reconstitutions d'HTSS régionales à partir d'ensembles de profils de température sont comparés afin de déterminer quels avantages peut présenter une sélection de profils de température non contaminés par des perturbations non climatiques par rapport à une analyse globale de tous les profils mesurés. Les résultats montrent que la résolution ainsi que la stabilité des résultats sont grandement améliorées par une sélection minutieuse des profils de température. Non seulement l'inversion simultanée de profils très bruités n'améliore pas la résolution de la solution, mais l'inclusion de ces profils cause de fortes instabilités et peut fausser les résultats. Même si le nombre de profils non contaminés est généralement faible (par exemple, seuls 13 des 73 forages mesurés au Manitoba et en Saskatchewan sont considérés non contaminés), il est toujours préférable de sélectionner les profils afin d'obtenir une HTSS stable, fiable et ayant une bonne résolution. Si les profils contaminés par des perturbations non climatiques ne peuvent être éliminés, le meilleur moyen d'obtenir une HTSS stable est de faire la moyenne des inversions individuelles de chacun des profils, cependant la résolution de la solution sera très faible. Le deuxième chapitre présente une HTSS des 400 dernières années au site minier Raglan, situé dans le nord de la péninsule d'Ungava, déterminée à l'aide de profils de température mesurés dans des forages creusés dans le pergélisol. Des écarts très prononcées par rapport à l'état stationnaire sont observés dans les 200 premiers mètres des profils de température mesurés et sont interprétés comme ayant été causés par les variations récentes de la température à la surface du sol. Seul un des profils de température n'est pas affecté par des perturbations non climatiques et est donc analysé en détail à l'aide de trois méthodes indépendantes, soit deux méthodes d'inversion et une méthode directe. Les résultats montrent un réchauffement de 1.4 K entre le milieu du 18e siècle et 1940. Ce réchauffement est suivi d'une période de refroidissement caractérisée par une chute des températures de surface d'environ 0.4 K dura entre 40 et 50 ans. Depuis les 15 dernières années, les températures de surface ont bondi de plus de 1.7 K dans la région. Le troisième chapitre présente des HTSS de plus de 30000 ans déterminés par l'inversion de profils de température très profonds (2000 mètres) situés à divers endroits au Canada. Ces HTSS permettent entre autre de déterminer les températures à la base du glacier Laurentidien (températures basales) au dernier maximum glaciaire. Pour ce faire, quatre nouveaux profils très profonds mesurés à Sudbury et Manitouwadge sont analysés et interprétés conjointement avec quatre profils profonds déjà publiés (Flin Flon, Thompson, Balmertown et Sept-Îles). Une ré-analyse complète de tous les profils déjà publiés est effectuée afin de permettre une comparaison objective de tous les résultats. Les résultats montrent que sous la portion sud du glacier Laurentidien, les températures basales avaient des valeurs entre 0 et -2 °C au dernier maximum glaciaire. Ces résultats sont en accord avec les prédictions des modèles isostatiques et des observations de surface qui suggèrent que les températures basales devaient être près du point de fusion de la glace afin de permettre un écoulement rapide de la glace basale. Les reconstitutions de l'HTSS permettent également d'étudier l'amplitude et la chronologie de l'optimum climatique de l'Holocène pour chacun des sites étudiés. Les valeurs obtenues sont en accord avec les résultats de multiples études utilisant différents proxies. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Paléoclimatologie, Géophysique, Inversions, Reconstitutions climatiques, Températures de surface, Forages, Anomalies de température, Flux de chaleur.

La température de surface terrestre (LST) est un paramètre important dans les systèmes climatiques. Les données infrarouge thermique (TIR) contiennent un nombre d'information de la surface terrestre et de l'atmosphère sont des sources de l'information important pour estimer la LST à l'aide de télédétection. / Land surface temperature (LST) is an important parameter in climate systems. Hyperspectral thermal infrared (TIR) data, containing large information about the surface and the atmosphere, is an important source of information for retrieving LST by remote-sensing.

L'objectif de cette thèse est la modélisation du rayonnement thermique directionnel des surfaces et de la correction angulaire sur la LST par des méthodes empiriques et physiques ainsi que l'analyse de validation sur le terrain. L'émissivité directionnelle des surfaces naturelles a été obtenue à partir du produit émissivité MODIS et est ensuite utilisée dans l'algorithme de split-window de correction angulaire sur la LST. Les modèles de paramétrage de l'émissivité directionnelle et du rayonnement thermique ont été développés. En ce qui concerne les pixels non iso-thermiques, la méthode de jour-TISI a été proposée pour obtenir l'émissivité directionnelle et la température effective à partir de données multi-angulaires infrarouges médian et thermique. Cela a été validé à l'aide de données aéroportée. Le modèle de noyaux Kernel BRDF a été vérifié dans le domaine de l'infrarouge thermique et son extension a servi à la normalisation angulaire de la LST. Un nouveau modèle, FovMod, qui concerne l'empreinte du capteur au sol, a été développé pour simuler la température de brillance directionnelle de couvert végétal en rang. Basé sur le résultat de la simulation de FovMod, une empreinte optimale pour la validation de champ de vue a été obtenue. Cette thèse a étudié systématiquement le rayonnement thermique directionnel et les corrections angulaires sur la température de surface et ses résultats amélioreront la précision sur la température et émissivité à partir de données de télédétection. Ils fourniront également des indices pour la conception de capteurs infrarouges thermiques multi-angulaires aéro/spatio portés et également pour la mesure au sol des paramètres de surface. / The aim of this thesis is the modeling of surface directional thermal radiation and angular correction on the LST by using empirical and physical methods as well as the analysis of field validation. The work has conducted to some conclusions. The directional emissivity of natural surfaces was obtained from MODIS emissivity product and then used in the split-window algorithm for angular correction on LST. The parameterization models of directional emissivity and thermal radiation were developed. As for the non-isothermal pixels, the daytime-TISI method was proposed to retrieve directional emissivity and effective temperature from multi-angular middle and thermal infrared data. This was validated using an airborne dataset. The kernel-driven BRDF model was checked in the thermal infrared domain and its extension was used to make angular normalization on the LST. A new model, namely FovMod that concerns on the footprint of ground sensor, was developed to simulate directional brightness temperature of row crop canopy. Based on simulation result of the FovMod, an optimal footprintfor field validation of LST was obtained. This thesis has systematically investigated the topic of directional thermal radiation and angular correction on surface temperature and its findings will improve the retrieval accuracy of temperature and emissivity from remotely sensed data and will also provide suggestion for the future design of airborne or spaceborne multi-angular thermal infrared sensors and also for the ground measurement of surface parameters.