Cette thèse est basée sur cinq publications étudiant les ionosphères terrestre et martienne en s'appuyant sur la combinaison d'observations provenant d'instruments variés ainsi que sur des techniques de modélisation. L'ionosphère terrestre est un système complexe fortement couplé à la magnétosphère et est par conséquent affectée par les perturbations provenant du vent solaire. De nombreux types d'instruments peuvent être utilisés pour étudier la variabilité de l'ionosphère, qu'il s'agisse de systèmes d'observation au sol ou d'instruments à bord de satellites. Deux des articles se focalisent sur les réponses de l'ionosphère terrestre aurorale et subaurorale aux courants de vent solaire rapide émanant des trous coronaux à la surface du soleil. Ces deux études sont basées sur la méthode des époques superposées, qui permet d'obtenir un comportement statistique des paramètres considérés. Pour la première étude, qui s'intéresse à la concentration électronique du pic de la région F de l'ionosphère à l'aide de l'ionosonde de Sodankylä (Finlande, L = 5.2), la méthode des époques superposées a été modifiée en ajoutant un verrouillage de phase permettant de distinguer les réponses de la région F dans différents secteurs de temps magnétique local. La deuxième étude s'intéresse aux précipitations d'électrons énergétiques (>30 keV) durant les courants de vent solaire rapide, en s'appuyant sur des mesures d'absorption du bruit cosmique par des riomètres situés entre L = 3.8 et L = 5.7. Une troisième étude met en évidence pour la première fois des signatures de pulsations dans les données riométriques durant une aurore pulsante. Cela révèle que le flux de précipitation d'électrons est modulé simultanément sur une grande plage d'énergies - de quelques kiloélectronvolts à plusieurs dizaines de kiloélectronvolts - durant une aurore pulsante. Les quatrième et cinquième articles traitent de l'ionosphère martienne. Ils présentent une nouvelle méthode d'analyse des données d'occultation radio fournies par la sonde Mars Express, qui s'appuie non pas sur une inversion des mesures tel qu'effectué classiquement, mais sur une modélisation directe de l'environnement martien - atmosphère neutre et ionosphère - et de la propagation des ondes radio entre la station sol sur Terre et la sonde Mars Express. L'ajustement des paramètres dont dépendent l'atmosphère et l'ionosphère martiennes permet d'obtenir des données d'occultation radio simulées s'approchant le plus possible des données mesurées. L'ajustement optimal donne alors les profils de température et de concentration des neutres ainsi que les profils de concentrations ioniques et électronique dans l'ionosphère martienne au voisinage du point d'occultation. / This thesis is based on five publications studying the terrestrial and Martian ionospheres by making use of versatile instruments and of modelling techniques. The terrestrial ionosphere is a complex system strongly coupled to the magnetosphere and hence very sensitive to solar wind driving. Various kinds of instruments may be used to study the ionosphere, from ground-based instruments to satellite-borne systems. Two papers study the response of the auroral and subauroral ionosphere to solar wind high-speed streams, which originate from coronal holes at the surface of the Sun. These two studies make use of the superposed epoch analysis method, which enables to derive the statistical behaviour of the studied parameters. For the first study, which focuses on the F-region peak electron density measured by the Sodankylä ionosonde (at L = 5.2), the superposed epoch method has been modified so that a study of the effects of high-speed streams in the F region in different magnetic local time sectors becomes possible. The modified method is called phase-locked superposed epoch analysis. The second paper focuses on energetic (>30 keV) electron precipitation during high-speed streams by making use of cosmic noise absorption measurements from a chain of riometers located between L = 3.8 and L = 5.7. A third study reveals for the first time pulsation signatures in cosmic noise absorption data during a pulsating aurora event. This indicates that the electron precipitation flux is modulated simultaneously over a broad range of energies (from a few keV to several tens of keV) in relation to pulsating aurora. The fourth and fifth articles study the Martian ionosphere. They present a novel analysis method for Mars Express radio-occultation data. Contrary to the classical inversion approach, this new method is based on a direct simulation of the radio wave propagation between the ground-based station at Earth and the Mars Express spacecraft, in a modelled Martian environment. The parameters determining the properties of the neutral atmosphere and the ionosphere of Mars are adjusted in order for the simulated radio-occultation data to fit the measured data. The optimal set of parameters provides the retrieved neutral temperature and density profiles in the atmosphere, and the ion and electron density profiles in the ionosphere near the occultation point.

Les aérosols atmosphériques jouent un rôle important à la surface de la Terre. Ils influencent les propriétés radiatives de l'atmosphère et représentent des composés importants pour les questions de qualité de l'air et de santé publique dans les régions polluées. Suite à la forte diminution de la pollution soufrée survenue au cours des trois dernières décennies, l'aérosol organique représente maintenant une part importante de l'aérosol atmosphérique. Cette fraction a une nature complexe et jusqu'à présent, moins de la moitié de ses constituants chimiques ont été identifiés. La fraction soluble des HUmic LIke Substances (HULISWS) représente une des familles importantes de l'aérosol organique soluble avec une contribution en masse comprise entre 20 et 50%. L'objectif de cette thèse est de développer une méthode de mesure des HULISWS dans la glace. L'étude de ces archives environnementales, ici une carotte de glace extraite au col du Dôme (4250 m, massif du Mont-Blanc, France), permet de remonter aux concentrations en HULISWS en Europe au cours de la période 1920-1988. L'étude des concentrations et de l'absorbance spécifique des HULISWS dans la carotte de glace a permis d'identifier deux sources distinctes suivant la saison et de suivre leur évolution au cours du XXème siècle. Les HULISWS sont issus de la combustion du bois en hiver, leur absorbance est forte et leurs concentrations sont faibles et stables tout au long du XXème siècle. En été, les HULISWS sont formés par des processus secondaires ayant pour précurseurs des espèces biogéniques organiques, leur absorbance spécifique est plus faible qu'en hiver et leurs concentrations plus fortes. Les teneurs estivales en HULISWS montrent une stabilité entre 1920 et 1950 puis une tendance à l'augmentation entre 1951 et 1970 associée vraisemblablement à une augmentation des émissions de composés organiques volatils depuis la biosphère. / Atmospheric aerosols play an important role on the radiative properties of the atmosphere. They are also key factors for air quality and public health in polluted areas. As a result of the strong decrease of SO2 emissions over the last three decades, organic aerosol now represents a more important part of atmospheric aerosol. The nature of this organic fraction is complex and until now less than a half of it has been chemically identified. Water Soluble HUmic LIke Substances (HULISWS) are an important contributor to water soluble organic aerosol with a mass fraction ranging from 20 to 50%. The aim of this work is to design a method to measure HULISWS in ice cores. The application of this method to an ice core extracted at the col du Dôme (4250 m, Mont-Blanc massif, France) enables to investigate changes in HULISWS over Europe since 1920. The study of their concentrations and specific absorbance in ice core samples reveals well-marked differences in the sources of HULISWS depending on the season. In winter, HULISWS are primarily emitted by wood burning, their specific absorbance is high and their concentrations are low and remained stable over the 20th century. In summer, HULISWS are producted from biogenic precursors by secondary processes, their specific absorbance is lower and their concentrations higher than in winter. Summer concentrations of HULISWS were stable between 1920 and 1950, and have increased from 1951 to 1970. This recent trend probably results from an increase of volatile organic compounds emissions by the biosphere.

Depuis la découverte de la première exoplanète en 1995 par Mayor et Queloz, le nombre de planètes extrasolaires découvertes n'a cessé d'augmenter, pour dépasser les 1000 planètes à la fin de l'année 2013. Depuis le début des années 2000, la détection s'est accompagnée d'une volonté de caractérisation de l'atmosphère des exoplanètes. Les méthodes utilisées jusqu'ici sont la spectroscopie de transit primaire et l'étude des émissions thermiques en transit secondaire ou via l'étude des courbes de phase. L'objet de cette thèse s'inscrit dans cette recherche de caractérisation des atmosphères exoplanétaires, en s'intéressant à une méthode jusqu'ici inexplorée : l'analyse des émissions thermosphériques, i.e. les émissions de la haute atmosphère induites par les entrées énergétiques, flux extrême UV de l'étoile hôte et précipitations électroniques principalement. La première partie de cette thèse s'intéresse aux émissions thermosphériques de la Terre primitive avec une approche basée sur la modélisation. Le but étant la détermination des différentes émissions de la Terre à travers son histoire, afin de disposer de proxies pour la recherche et la caractérisation d'exoplanètes telluriques. Dans un premier temps nous avons calculé l'émission de l'atmosphère primordiale de la Terre irradiée par le Soleil jeune dans la raie Lyman Alpha. Nous avons montré que la raie planétaire, principalement formée par diffusion cohérente, montre un rapport d'émission avec le Soleil de l'ordre de 10-8, inaccessible aux observations, avec les instruments actuels ou de prochaine génération. Ce premier résultat nous à conduit à étudier la faisabilité d'une méthode indirecte de détection d'une couronne dense d'hydrogène autour d'une planète tellurique possédant une atmosphère de CO2 par les émissions des sous-produits de dissociation et d'ionisation de CO2. Les calculs menés sur la raie verte de l'oxygène (état O1S) et le doublet UV de CO2+ (état B2Σu+) ont montré que ces émissions présentaient des contrastes de l'ordre de 10^-12 avec le Soleil dans le cas d'une Terre primitive, et de l'ordre de 10^-6-10^-8 pour une planète tellurique proche d'une naine M. La conclusion générale des ces investigations est que les raies fines (atomiques ou moléculaires) des émissions thermosphériques sont trop faibles pour être détectées par les instruments actuels. Une voie possible serait l'étude des bandes d'émission moléculaires, qui nécessite une meilleure compréhension de la distribution en intensité des différentes bandes à travers le spectre, compréhension qui passe par l'étude expérimentale de ces émissions. C'est dans ce cadre que se situe la deuxième partie de cette thèse, qui s'intéresse à l'analyse spectroscopique de la Planeterrella, simulateur d'aurores boréales initialement développé à des fins pédagogiques. Nous avons réalisé une étude spectroscopique à basse et haute résolution de l'air, afin de caractériser les émissions présentes dans l'expérience d'une part, et aussi de disposer d'un spectre de référence qui servira à terme de test pour un code Monte Carlo développé pour étudier le dispositif expérimental, la caractérisation du dispositif constituant une étape nécessaire pour faire de la Planeterrella un objet d'étude scientifique. Enfin, la spectroscopie basse résolution du CO2 a été réalisée, avec des applications potentielles à Mars. / Since the discovery of the first exoplanet in 1995 by Mayor and Queloz, the number of extrasolar planets discovered has continuously grown up, to overtake 1000 planets at the end of 2013. Since the beginning of the 2000's, came with the detection the will to characterize the atmospheres of these exoplanets. Until now, the methods used are the primary transit spectroscopy and the study of the thermal emissions in secondary transit or using phase curves. The purpose of this thesis belongs to that search for characterizing exoplanetary atmospheres, by looking at a method unexplored until now: the study of the thermospheric emissions, i.e. emissions from the upper atmosphere induced by the energetic entries, mainly the extreme UV flux and the electronic precipitations. The first part of this thesis concerns the thermospheric emissions of the primitive Earth with an approach based on modeling. The goal is the determination of the several emissions of the Earth through its history in order to have proxies for the search and the characterization of telluric exoplanets. Initially we calculated the emission of the primary atmosphere of the early Earth under the young Sun in the Lyman Alpha line. We showed that the planetary line in mainly due to coherent diffusion and that the emission ratio between the planet and the Sun in this line is of about 10-8, far from the capabilities of current or next generation instruments. This first result lead us to study the feasibility of an indirect method to infer the presence of dense hydrogen corona surrounding a telluric planet with a CO2-dominated atmosphere, by studying its influence on the emissions of two CO2 by-products. The calculations carried out on the oxygen green line (O1S state) and the UV doublet of CO2+ (B2Σu+ state) showed that theses emissions present contrasts of about 10^-12 with the young Sun in the case of a primitive Earth, and of about 10^-6-10^-8 for a close-in telluric planet around a M dwarf. The general conclusion of the investigations is that the thermospheric emissions of thin (atomic or molecular) lines are too weak to be detected. A possible way could be the study of the molecular bands, of which emissions need to be better understood, especially concerning the intensity distribution of the several bands through the spectrum. This comprehension implies experimental studies of these emissions. The second part of this thesis lies in this scope and concerns the spectroscopic analysis of the Planeterrella, an aurora borealis simulator initially designed for outreach purpose. We made a spectroscopic study at low and high resolution with air, in order to characterize the emissions existing in the experiment, and also to have a reference spectrum which will be a final test for a Monte Carlo code developed to study the experimental device, the characterization of this device being a necessary step for the Planeterrella to become suitable for scientific purpose. Finally, we made a low resolution spectroscopic study of carbon dioxide, with potential applications to Mars.

Les mesures de l'éclairement solaire direct reçu au sol en incidence normale (DNI) par des pyrhéliomètres ou instruments équivalents incluent l'éclairement provenant de l'angle solide du disque solaire (DNIS) et celui provenant d'une région angulaire circumsolaire plus large, appelé éclairement circumsolaire (CSNI). Les instruments ont des demi-angles d'ouverture équivalents variant entre 2,5° et 5°, soit un ordre de grandeur plus grand que le demi-angle du disque solaire. Quant aux demi-angles des systèmes de production d'énergie concentrant les rayons solaires, ils sont plus grands que le demi-angle du disque solaire, et plus petits que ceux des instruments. Par consequent, le CSNI doit être connu pour une estimation précise du DNI. Cette thèse contribue à la connaissance et à la modélisation des éclairements direct et circumsolaire en milieu désertique par conditions de ciel clair. Après avoir déterminé les propiétés optiques des aérosols les plus influentes, le modèle numérique de transfert radiatif libRadtran a été utilisé pour modéliser le CSNI et le DNIS. Un modèle paramétrique simplifié et très rapide a été développé qui reproduit les résultats de libRadtran. Il estime le ratio circumsolaire (CSR), soit le rapport entre le CSNI et la somme du CSNI et du DNIS, à partir de mesures standards du DNI et de l'éclairement diffus. A partir du DNI mesuré et de CSR modélisé, le CSNI et le DNIS peuvent être estimés pour tout demi-angle entre 0,4° et 5°. Le modèle a été validé pour deux stations de mesure, dans les Emirats Arabes Unis et en Algérie. / Routine measurements of the broadband direct normal irradiance (DNI), i.e. beam irradiance at normal incidence, by means of pyrheliometers or equivalent pyranometric systems include the irradiance originating from within the extent of the solar disc (DNIS) and that from a larger circumsolar region, called the circumsolar normal irradiance (CSNI). Such instruments have equivalent aperture half-angles between 2.5° and 5° which are one order of magnitude greater than the angular radius of the solar disc. The equivalent aperture half-angles of the concentrated solar powered systems are greater than the angular radius of the solar disc, but smaller than that of the measuring systems. Therefore, information on the CSNI should be provided for an improved assessment of the DNI. The objective of this PhD thesis is to contribute to an improved assessment of the beam and circumsolar radiation under cloud-free conditions in a desert environment. After selecting the aerosol optical properties of significance, the radiative transfer model libRadtran was used to model the CSNI and DNIS. A fast and simple parametric model which mimics the libRadtran values is proposed. This model uses standard measurements of the DNI and the diffuse horizontal irradiance as inputs to estimate the circumsolar ratio (CSR) for any aperture half-angle between 0.4° and 5°. The CSR is the ratio of the CSNI to the sum of the CSNI and the DNIS. Knowing the CSR and having the measured DNI, the CSNI and the DNIS can be computed.

Les aciers martensitiques Fe9Cr1MoNbV (acier T91) sont des bons candidats pour les composants des réacteurs nucléaires de Génération IV ou pour les réacteurs hybrides. Ces technologies employant des métaux liquides, la fragilisation par métal liquide est un problème pour l’intégrité des structures. Ce travail de thèse est une contribution à l’étude de la sensibilité de l’acier T91 en présence de l’eutectique Pb-Bi (LBE). L’approche, fortement expérimentale, a pour but de déterminer qualitativement et quantitativement les paramètres les plus pertinents pour déclencher la fragilisation. Une unité de purification de l’eutectique Pb-Bi a été conçue et construite au laboratoire pour retirer l’oxygène de l’eutectique Pb-Bi. Des essais mécaniques de type Small Punch Test, flexion 3 points et traction monotone ont pu être réalisés dans l’eutectique à faible teneur en oxygène dans une cellule d’essais à atmosphère contrôlée. L’acier T91, après avoir reçu son traitement thermique standard, s’est montré très sensible à la fragilisation par l’eutectique Pb-Bi à 300°C quand la vitesse de chargement était très faible aussi bien dans l’eutectique saturé ou appauvri en oxygène. Il s’avère que la vitesse de sollicitation est le facteur clé et la teneur en oxygène un facteur accélérateur de la fragilisation. Le mécanisme de fragilisation par l’eutectique Pb-Bi repose sur une diminution de l’énergie de surface et une diminution des forces de cohésions suite à l’adsorption des atomes Pb et Bi en fond de fissure. Une vitesse de déformation lente favorise la séquence oxydation-rupture du film d’oxyde qui se produit périodiquement au cours de la déformation. / Martensitic T91 steel is designated to constitute structural material for both Generation IV nuclear reactors and the high temperature components of future accelerator driven system (ADS) which employ liquid metals. The liquid LBE embrittlement of is one of the critical issues for the compatibility between the structural material T91 steel and the liquid metal. This thesis research has estimated the embrittlement sensitivity of T91 steel in liquid LBE qualitatively and quantitatively. A specific unit of LBE purification has been manufactured to remove oxygen from LBE. Special setup of Small Punch Test, three-point bending test and tensile test, have been developed in the laboratory to perform mechanical tests in low oxygen LBE inside an environmentally controlled atmosphere cell. T91 steel is a ductile material even when stressed in LBE but there exists a set of conditions which results in ductile to brittle transition. T91 steel has appeared very sensitive to liquid LBE embrittlement at 300°C when it very slowly loaded as well in oxygen saturated LBE as in low oxygen LBE even in the standard heat treatment. In addition, low oxygen content in LBE accelerates this brittle damage. Surface defects play a role when their size is of the order of a few grain sizes. The fracture toughness for T91 steel in liquid LBE can be just half of that in air. The mechanism of liquid LBE embrittlement of T91 is based on the reduction of both the values of interatomic bonds cohesive strength and of surface energy. Straining very slowly the material is supposed to favour oxidation-oxide film rupture sequences which allows real adsorption at crack tip and then propagation of brittle crack.

L'atmosphère de Saturne subit d'importantes variations saisonnières d'insolation, à cause de son obliquité, de son excentricité et de l'ombre de ses anneaux. Dans la stratosphère (de 20 hPa à 10-4 hPa), les échelles de temps photochimiques et radiatives sont du même ordre de grandeur que la période de révolution de Saturne (29,5 ans). On s'attend donc à mesurer des variations saisonnières et méridiennes significatives de la température et des espèces produites par la photochimie (en particulier C2H6, C2H2 et C3H8) dans cette région. Grâce à sa durée (2004-2017), la mission Cassini est l'occasion inédite de suivre l'évolution saisonnière de l'atmosphère de Saturne.Au cours de ma thèse, j'ai analysé des observations au limbe Cassini/CIRS car elles permettent de sonder à la fois la structure méridienne et verticale de la stratosphère de Saturne. Ainsi, j'ai mesuré les variations saisonnières de la température et des abondances de C2H6, C2H2 et C3H8. J'ai également contribué au développement d'un modèle radiatif-convectif et d'un GCM (Global Climate Model) de l'atmosphère de Saturne. Les prédictions de ces modèles sont comparées avec les températures mesurées avec CIRS, de façon à étudier les processus radiatifs et dynamiques qui contribuent à l'évolution saisonnière. Les simulations numériques réalisées avec ce GCM m'ont également permis d'étudier la propagation des ondes atmosphérique ainsi que les effets de l'ombre des anneaux sur l'atmosphère de Saturne. Par ailleurs, la comparaison entre les distributions de C2H6, C2H2 et C3H8 et des modèles photochimiques (Moses et Greathouse 2005, Hue et al. 2015) donne des indications sur le transport méridien. / Saturn's atmosphere undergoes important seasonal variations of insolation, due to its obliquity, its eccentricity and the shadow of its rings. In the stratosphere (from 20 hPa to 10-4 hPa), radiative and photochemical timescales are in the same order as Saturn's revolution period (29.5 ans). Hence, significative seasonal and meridional variations of temperature and photochemical by-products (especially C2H6, C2H2, and C3H8) are expected. Because of its duration (2004-2017), the Cassini mission is an unprecedented opportunity to monitor the seasonal evolution of Saturn's atmosphere. During my PhD, I analysed Cassini/CIRS limb observations as they probe the meridional and vertical structure of Saturn's stratosphere. Hence, I measured seasonal variations of temperature and abundances of C2H6, C2H2, and C3H8. I also contributed to the development of a radiative-convective model and a GCM (Global Climate Model) of Saturn's atmosphere. The predictions of these models are compared with the temperatures measured from CIRS observations, in order to study the radiative and dynamical processes which contribute to the seasonal evolution. Numerical simulations performed with the GCM also allowed me to study atmospheric waves propagation and the effects of rings shadowing in Saturn's atmosphere. Besides, comparison between C2H6, C2H2, and C3H8 distributions and photochemical models (Moses and Greathouse 2005, Hue et al., 2015) give insights on meridional transport.

Le modèle de climat global martien (GCM) du Laboratoire de Météorologie Dynamique est appliqué à l'étude du cycle de l'eau de la planète rouge. Les observations disponibles sont comparées aux simulations pour comprendre les phénomènes physiques influençant le cycle, en se focalisant sur les nuages et la vapeur d'eau. De nouvelles inversions de données de vapeur d'eau sont présentées, pour compléter notre connaissance du cycle et de sa variabilité interannuelle. De telles intercomparaisons ont des limites qu'il faut mettre en évidence pour mieux les surmonter. Les observations contraignent l'épaisseur et l'étendue des nuages ainsi que leur chronologie saisonnière. Pour améliorer la représentation du cycle de l'eau, la piste de la simulation à haute résolution est explorée, avec des simulations de un degré en résolution horizontale. Des phénomènes nouveaux émergent, comme des tempêtes en spirale. Des changements visibles affectent le cycle de l'eau, avec des transitions ondulatoires, des instabilités renforcées, une modification du dépôt de givre et une meilleure représentation du cycle de condensation et sublimation. La circulation est intensifiée, tout comme la variabilité du cycle, et l'on découvre une atmosphère plus humide, nuageuse et changeante. Suite aux découvertes de la haute résolution, on cherche à mieux représenter la couverture nuageuse dans le modèle à résolution standard. La nouvelle paramétrisation de la couverture nuageuse partielle sous maille est décrite et ses conséquences sur le cycle de l'eau analysées. Elle est prometteuse pour améliorer le réalisme du modèle mais semble déstabiliser le cycle. / The global climate model (GCM) of the Laboratoire de Météorologie Dynamique is used to study the Martian water cycle. Available observations are compared to simulations to unravel the physical phenomena affecting the cycle, with a focus on clouds and water vapor. New inversions of water vapor observations are described and analyzed, to further our understanding of the cycle and of its interannual variability. Such comparisons are limited by bias that have to be studied. Observations constrain the timing, thickness and cover of the clouds. To improve the water cycle simulation and understanding, new high-resolution simulations with an horizontal resolution of one degree are shown. New phenomena appear, like spiral storms. The water cycle undergoes visible changes, with wave transitions, strengthened instabilities, shifts in frost deposition and a better simulation of the condensation and sublimation seasonal processes. The circulation is strengthened, as is variability. The atmosphere is wetter, more cloudy and more variable. Following the details discovered in the high-resolution simulations, we try to improve the representation of cloud cover in the standard resolution simulations. The subsequent new subgrid-scale parametrization of partial cloudiness is described, and its consequences on the water cycle are analyzed. Results are promising as the model agrees more with observations in some ways, but the parametrization causes further instability.

Le 14 juillet 2015, la sonde New Horizons a survolé Pluton et a révélé un monde glacé débordant d’activité. Pour interpréter les observations, nous avons développé deux modèles numériques, l’un simulant les interactions surface-atmosphère des espèces volatiles sur des milliers d’années, l’autre dédié au climat 3D complet de Pluton. Avec ces modèles, nous analysons les cycles annuels et paléoclimatiques des glaces. Nos simulations reproduisent la distribution des espèces volatiles observées à la surface de Pluton, ainsi que leur abondance dans l’atmosphère. Nous montrons que l’insolation sur Pluton et la nature de son atmosphère favorisent la condensation d’azote au fond du bassin Sputnik Planitia, comme observé. Nous simulons, sur des échelles de millions d’années, des écoulements glaciaires de la calotte de glace dans Sputnik Planitia, ainsi que la formation de glaciers de méthane à l’équateur, des résultats très cohérents avec les observations. Nous nous intéressons ensuite à l’état de l’atmosphère de Pluton en 2015 avec le modèle 3D, caractérisant les régimes de vents, formation des nuages, températures, etc.... Nos derniers résultats mettent en évidence la sensibilité de la circulation générale à la distribution de la glace d’azote à la surface et suggèrent une rétro-rotation dans l’atmosphère de Pluton, induite par les flux de condensation-sublimation de l’azote dans Sputnik Planitia. Nous montrons également que plusieurs phénomènes sont à l’origine de la couche limite froide observée dans Sputnik Planitia. Enfin, en reproduisant les processus qui mènent à la formation de la brume organique, nous parvenons à expliquer l’extension de la brume observée au pôle nord. / On July 14, 2015, the New Horizons spacecraft flew by Pluto and revealed an active frozen world.These observations call upon modelling efforts to complete their analysis and understand the mechanisms at play on Pluto. For this purpose, we have developed two numerical models of Pluto’s climate: a 2D model dedicated to the study of Pluto’s surface and a 3D model of Pluto’s atmosphere. We analyse the annual and paleoclimatic volatile cycles. Our simulations reproduce the distribution of the volatile observed on Pluto’s surface and their abundance in the atmosphere. We show that the solar insolation on Pluto and the nature of its atmosphere favour the condensation of nitrogen in the Sputnik Planitia basin, as observed. We simulate the glacial activity of the Sputnik Planitia ice cap on a timescale of millions of years, as well as the formation of methane glaciers at the equator. Our results are in agreement with the observations. We then focus on Pluto’s atmosphere in 2015 with the full 3D model where we performed a comprehensive characterization of the atmosphere: wind regimes, cloud formation, temperatures etc. ...We demonstrate the sensitivity of the general circulation to the distribution of the nitrogen ice on the surface and show that Pluto’s atmosphere currently undergoes retrograde rotation, induced by the condensation-sublimation of nitrogen in Sputnik Planitia. We also show that several phenomena originate at the cold boundary layer observed deep in Sputnik Planitia. Finally, by reproducing the processes that lead to the formation of organic haze, we simulate haze transport in the atmosphere and explain the greater extension of the haze observed at the north pole.

L’acide nitrique (HNO3) est un des principaux composés azotés présent dans l’atmosphère terrestre, depuis la troposphère jusque la stratosphère. Il est contrôlé par des processus chimiques et dynamiques caractéristiques dans chacune de ces deux couches atmosphériques. Il constitue à l’instar de ses précurseurs (NO et NO2) un des composés importants pour la chimie de l’ozone dans la stratosphère et aussi dans la troposphère. <p><p>\ / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'objectif de cette thèse est d'étudier l'influence sur l'atmosphère de la variabilité des fronts océaniques associés aux extensions du Kuroshio (KE) et de l'Oyashio (OE), et de la différencier de l'influence des modes de variabilité grande échelle de la SST du Pacifique Nord, en particulier l'oscillation décennale du Pacifique (PDO). Nous utilisons pour cela la réanalyse atmosphérique ERA-Interim à partir de 1979, et des index déjà disponibles décrivant la variabilité des courants. Dans une première partie, nous nous focalisons sur l'influence du KE, en utilisant une méthode statistique de régression partielle avec décalage temporel, avec filtrage en amont du signal lié aux téléconnexions ENSO. Nous montrons que la phase positive du KE induit une réponse atmosphérique significative équivalente barotrope pendant la saison d'octobre à janvier, avec une anomalie positive de pression au centre du Pacifique Nord et sur l'ouest des Etats-Unis, et un renforcement du vortex polaire. Dans une deuxième partie, nous utilisons une méthode statistique multivariable permettant d'analyser en parallèle les réponses atmosphériques aux différents forçages océaniques pouvant être corrélés entre eux. Cette méthode permet d'inclure, outre les indices décrivant la variabilité du KE et de l'OE, les principaux modes de variabilité grande échelle de la SST tels que la PDO qui est très corrélée à l'OE, les modes tropicaux tels qu'ENSO, mais également la variabilité de la glace de mer. La réponse atmosphérique étant très dépendante de l'état moyen de l'atmosphère, nous distinguons trois saisons : le début d'hiver (OND), l'hiver (DJF), et la fin d'hiver (FMA). / The aim of this work is to study the influence on the atmosphere of the variability of the oceanic fronts associated with the Kuroshio and Oyashio Extensions (KE and OE), and to differentiate it from the influence of the main SST mode of the North Pacific, in particular the Pacific Decadal Oscillation (PDO). We use the atmospheric reanalysis ERA-Interim starting from 1979, and indices that describe the variability of the KE and OE that are already available. In the first part of this work, we focus on the KE influence, using lag partial regression analysis with the ENSO signal removed. We show that in October to January the positive phase of the KE leads to a downstream barotropic high response in the central North Pacific and over western United States, and an enhanced polar vortex. We try to understand the mechanisms behind this atmospheric response analyzing the KE influence on the synoptic activity. In the second part, we use a multivariate statistical method that allows us to analyze in parallel the atmospheric response to different oceanic forcings that may be correlated to each other. In addition to the KE and OE indices, we include in the analysis the main modes of SST variability of the tropical and northern hemisphere oceans, such as the PDO in the North Pacific and ENSO in the tropical Pacific. We also include sea ice variability in the Arctic. The atmospheric response being very dependent on the mean background flow, we distinguish between three seasons: early winter (OND), winter (DJF) and late winter (FMA).