The dynamics of the polar mesosphere and lower thermosphere ( MLT ) is investigated using MF radars at Davis ( 69 ° S, 78 ° E ), Syowa ( 69 ° S, 40 ° E ) and Rothera ( 68 ° S, 68 ° W ) in the Antarctic, and Poker Flat ( 65 ° N, 147 ° W ) and Andenes ( 69 ° N, 16 ° E ) in the Arctic. Mean winds and gravity waves are investigated on a climatological scale and also during sudden stratospheric warmings. Mean wind climatologies in the MLT show differences that are often hemispheric in nature. For example, summer peaks in westward and equatorward winds occur earlier ( closer to the solstice ) in the Antarctic than in the Arctic. The greater symmetry around the solstice of phenomena such as these indicates that radiative effects may play a greater role in controlling the state of the Antarctic MLT than in the Arctic, where dynamical effects might be more important. Gravity wave observations are consistent with this theory, suggesting more wave drag may occur in the Arctic MLT. The equatorward jet persists for about 2 weeks later in summer in the Arctic than in the Antarctic, as do satellite observations of polar mesospheric clouds ( PMCs ) ( a temperature dependent phenomenon ). It is proposed that the meridional winds can be used as a proxy for gravity wave driving and consequent adiabatic cooling in the MLT. VHF radar observations of polar mesospheric summer echoes ( PMSEs ) at Davis, and the satellite PMC observations, both occur at a similar time to the equatorward jet. Seasonal variations in gravity wave activity are generally a combination of annual ( with winter maxima and summer minima ) and semi - annual ( with maxima near the solstices and minima near the equinoxes ) components. The winter maxima and spring / summer minima both occur about 3 weeks later in the Antarctic than in the Arctic, with the difference in magnitude between these extrema being about 90 % larger in the Antarctic. The available MF radar data include six major sudden stratospheric warmings in the northern hemisphere, and the unprecedented southern event which occurred during 2002 splitting the Antarctic ozone hole apart. Three of the six northern events are relatively weak and could almost be classed as minor warmings, while the larger three are similar in strength and duration to the southern event. Gravity wave activity reduces dramatically at Davis during the southern event, but not at Syowa ( possibly due to differences in critical level filtering ). The influence of major warmings on mesospheric gravity wave strength and polarisation varies significantly between locations, and individual events. Zonal wind reversals associated with the large major warmings are all weaker and occur earlier in the mesosphere than in the stratosphere. Another hemispherically common response is zonal wave - 1 planetary wave signatures in the mesospheric meridional winds ( i.e., a flow over the pole ). The planetary wave signatures have 14 - day periodicity and are westward propagating leading up to the southern event. The zonal winds are weaker than average during the 2002 southern winter, and also during the transition to the summer circulation. This is not seen for the large northern major warmings. There appears to be both hemispheric similarities and differences in polar middle atmosphere dynamics during stratospheric warmings, and also on a climatological scale. / Thesis (Ph.D.)--School of Chemistry and Physics, 2005.

Ce travail porte sur l'évolution morphologique des profils transversaux des plages sableuses soumis à l'action de houles irrégulières. L'étude s'appuie sur de la modélisation physique menée dans le canal du LEGI (36 m). L'originalité consiste en l'utilisation d'un sédiment de faible densité permettant de respecter les lois d'échelle et d'obtenir des plages expérimentales en similitude avec des plages observées en nature. Le concept de plage à l'équilibre morphologique pour un climat de houle donné a pu être vérifié et la classification de Wright & Short (1984) est ici raffinée dans le domaine des nombres de Dean intermédiaires (1

Le but de ce travail de thèse est d'améliorer la compréhension des interactions aérosols -nuages. Pour ce faire, nous avons dû traiter des sujets aussi larges et divers que le développement de moyens instrumentaux, l'analyse statistique et la modélisation. Ainsi, nous avons été amenés à installer et à développer un échantillonneur d'air nuageux. Il permet maintenant un échantillonnage en nuages en continu à l'observatoire du sommet du puy de Dôme. Il s'en est suivi deux campagnes de mesures durant les hivers 2000 et 2001 aboutissant à la collecte de plus de 600000 échantillons. Grâce à ce large panel de conditions météorologiques et d'origines de masses d'air, nous avons pu quantifier un des points clés de l'étude des relations aérosol - nuage. Nous avons pu obtenir une relation entre la concentration totale de particules d'aérosol et, d'une part la concentration de gouttelettes de nuages, et d'autre part le rayon effectif du nuage pour un contenu en eau liquide du nuage constant. De plus, l'utilisation d'un modèle d'activation des gouttelettes de nuage appelé ExMix nous a permis d'avoir une meilleure compréhension de l'évolution de l'incorporation des particules dans le nuage. Ainsi, nous avons pu comparer ces variations avec le contenu en eau qui augmente ou avec le rayon effectif du nuage pour un contenu en eau constant des sorties du modèle à celles mesurées. Toutefois, cela a montré le manque important d'une mesure physico-chimique de l'aérosol avec une fréquence de mesure élevée permettant par exemple une meilleure prise en compte de la phase organique de l'aérosol. C'est pourquoi, un analyseur de la volatilité et de la granulométrie des aérosols a été développé, construit et testé durant la dernière partie de ce travail de thèse.

Ce travail de thèse s'appuie essentiellement sur des données de flotteurs de subsurface complémentées par des simulations numériques pour revisiter les schémas de circulation en Méditerranée occidentale. Les principaux résultats de ce travail concernent les circulations des eaux intermédiaires et profondes et proposent de s'écarter d'une vision classique de ventilation par les courants de bord, en montrant l'effet important de phénomènes intermittents et de structures tourbillonnaires cohérentes induisant des flux significatifs à travers le bassin. Il est mis en évidence que près de la moitié (40\%) des eaux profondes nouvellement formées dans le Golfe du Lion se répandent en phase post-convective dans tout le bassin occidental, advectées dans le c(\oe)ur de tourbillons de submésoéchelle (dont le rayon est typiquement de 5km) cohérents (la durée de vie de certains pouvant excéder 1 an et demi). Ce sont des tourbillons de subsurface néanmoins caractérisés par une grande extension verticale O(1-2km) centrée vers 1000 m de profondeur. Les trajectoires et compositions de ces tourbillons sont contraintes par les grands traits de circulation générale mais aussi par des écoulements de mésoéchelle (ondes de Rossby topographiques, autres tourbillons, jets). Dans le bassin algérien, une circulation cyclonique gyrale fortement barotrope, est révélée par les observations et corroborée par la simulation numérique de la maquette MERCATOR. L'analyse et intercomparaison des observations et du modèle numérique montrent que ce gyre à l'échelle du bassin est contraint par la topographie et la circulation générale de la Méditerranée occidentale. Ce gyre, en se décollant du talus, impose la formation de tourbillons " sardes " au coin sud-ouest de la Sardaigne. Ces tourbillons sont anticycloniques, fortement barotropes et caractérisés par un rayon d'environ 30 km et une durée de vie de plus de 5 mois. Les tourbillons " sardes " s'ajoutent aux tourbillons " algériens " essentiellement baroclines et limités à la couche de surface et qui sont issus de la déstabilisation du courant côtier algérien, pour faire de ce bassin une zone de très forte activité à mésoéchelle. Lors de leur processus de formation, les tourbillons " sardes " peuvent piéger en leurs centres, des LIW et TDW en provenance de la mer Tyrrhénienne et contraintes à circuler entre le gyre et le talus. Environ la moitié des eaux en provenance de la mer Tyrrhénienne par le chenal de Sardaigne-Tunisie sont advectées ainsi vers l'intérieur du bassin. L'autre moitié participe à la circulation générale de bord cyclonique.

Ce travail se concentre sur le développement et l'application de la technique du "Tandem Differential Mobility Analyser" (TDMA) pour étudier, par classe de taille, l'aérosol submicronique et ses propriétés physico-chimiques (i. e. volatilité et hygroscopicité). En premier lieu, nous avons procédé à l'optimisation et à la réalisation d'un DMA au LaMP. Ensuite, le nouveau dessin du Volatility-VTDMA (6-V-TDMA) et l'expérience acquise nous a permis de développer et de construire un nouveau système combinant le conditionnement en température et en humidité des particules de l'aérosol, le "Volatility-Hygroscopic-TDMA" (VH-TDMA), pour mesurer le changement d'hygroscopicité des particules lorsque les composés volatiles sont enlevés par processus thermique. Basé sur les résultats des particules d'aérosols synthétiques, la prochaine étape de notre travail a été d'appliquer la technique VH-TDMA pour étudier le comportement hygroscopique des particules naturelles et thermo-désorbées dans différents environnements. Nous avons montré dans notre étude qu'un faible chauffage des particules d'aérosols atmosphériques peut conduire à des changements significatifs du facteur de grossissement hygroscopique.

Le phénomène de vague scélérate, qui constitue un enjeu majeur pour la sécurité maritime, ne peut être corrélé à un phénomène géophysique particulier. En effet, de telles vagues peuvent surgir sur tous les océans du monde, en eaux profonde ou peu profonde, en eaux calmes ou en zone de tempête. Ce travail s'attache à étudier l'influence du vent sur la dynamique de ces vagues. \newline Une approche expérimentale a mis en évidence que des vagues scélérates générées par focalisation d'énergie due à la nature dispersive des vagues, étaient légèrement amplifiées par le vent, et que leur point de formation variait peu, mais surtout que leur durée de vie était significativement augmentée. Une forte asymétrie est effectivement observée entre les phases de focalisation et de défocalisation. Des simulations numériques sont réalisées dans le but d'analyser, de comprendre, et de modéliser ce phénomène. Les expériences effectuées dans la grande soufflerie des échanges air-mer de Luminy sont reproduites dans un canal numérique à partir d'une méthode d'intégrales de frontière. Le mécanisme de Miles, ainsi que le mécanisme d'abri de Jeffreys modifié sont tous les deux considérés pour modéliser l'influence du vent. Le mécanisme d'abri proposé par Jeffreys est modifié par l'introduction d'un seuil de pente pour lequel un décollement de l'écoulement aérien se produit au-dessus des crêtes les plus cambrées. Les vagues scélérates peuvent également être dues à un autre mécanisme physique : l'instabilité modulationnelle des champs de vagues ou instabilité de Benjamin-Feir. Une extension de l'étude à des vagues scélérates obtenues par instabilité modulationnelle est donc développée. Des simulations numériques de ce phénomène à partir d'un modèle pseudo-spectral ont été réalisées. Ces simulations montrent, comme dans le cas de la focalisation dispersive, que le mécanisme d'abri modifié de Jeffreys augmente la durée de vie de ces vagues extrêmes, bien que la physique mise en oeuvre soit différente. Cependant, ces approches reposent toutes sur un couplage vent/vagues linéaire sans rétroaction des vagues sur l'écoulement aérien, ainsi qu'une description potentielle de l'écoulement. Or la présence d'une recirculation (tourbillon aérien) au-dessus des crêtes les plus hautes mise en évidence expérimentalement ne peut être correctement simulé que si la vorticité est prise en compte. Nous introduisons donc une approche numérique permettant la simulation de l'écoulement rotationnel et diphasique de deux fluides visqueux séparés par une interface.

La chaîne actuelle du Tian Shan (Asie centrale) est considérée comme une conséquence directe de la réactivation d'une ceinture orogénique du Paléozoïque due à la collision Inde-Asie, au Cénozoïque. Un travail détaillé a été réalisé le long du piémont nord de la chaîne en intégrant les observations géologiques de terrain, analyses structurales, profils sismiques, nouvelles mesures des anomalies gravimétriques et des données de forages. Tout d'abord cette étude apporte de nouvelles preuves directes, à différentes échelles, sur l'existence d'un paléo-relief majeur le long du front nord du Tian Shan au cours du Mésozoïque, et plus particulièrement pendant le Jurassique. Deuxièmement, la quantité de raccourcissement calculée à travers cette ceinture de plis et chevauchements nord du Tian Shan est relativement faible et les structures reconnues le long du front de la chaîne présentent une hétérogénéité latérale forte. Ainsi, alors qu'un chevauchement du socle paléozoïque sur les séries sédimentaires mésozoïques et cénozoïques du bassin est remarquablement exposé le long de certaines vallées, d'autres sections montrent que les séries sédimentaires du Trias au Jurassique peuvent être suivies de manière continue, depuis le bassin jusque sur le toit du socle Paléozoïque où ils reposent en discordance relativement haut dans la chaîne. Quatre coupes géologiques ont été construites par l'intégration des données pluridisciplinaires acquises. La restauration de ces coupes montre que les taux de raccourcissement sont inférieurs à 20% et peuvent descendre à un minimum de 6%. Ces observations suggèrent que le piémont nord du Tian Shan est plutôt "jeune" et que la chaîne d'avant pays est encore à un stade primaire de son évolution tectonique. En d'autres termes, le piémont nord du Tian Shan peut être considéré comme un exemple type de front de chaîne immature.

La lithosphère continentale peut s'étirer selon trois modes (rift large, rift étroit et Core Complex). En Asie de l'Est, une extension continentale a eu lieu de la fin du Mésozoïque au Cénozoïque et ne semble correspondre à aucun des trois modes actuellement définis. Cette période est caractérisée par un amincissement lithosphérique exceptionnel (>100 km), la présence de MCC, de bassins sédimentaires et une importante activité magmatique. Basé sur une approche multi-échelles, ce travail vise à mieux comprendre les mécanismes à l'origine de cette déformation lithosphérique (jamais abordés) ainsi que du moteur de l'extension (encore vivement discuté). Pluridisciplinaire, cette étude apporte de nouvelles contraintes à partir de l'analyse de la déformation finie (ductile ou fragile), du magnétisme des roches (ASM, paléomagnétisme), de la géochronologie (U/Pb sur zircon et 40Ar/39Ar sur monograins) et de la gravimétrie. Différents objets reconnus, révélant des quantités d'extension différentes (MCC vs. pluton cisaillé), montrent que la croûte continentale se déforme de manière très localisée, par la mise en place de larges dômes extensifs séparant des domaines de " radeaux " ou " boudins " présentant une déformation faible à nulle. Par comparaison des données crustales et mantelliques (tomographie sismique, géochimie) disponibles, cette étude met en évidence que l'amincissement lithosphérique reconnu pour le Mésozoïque est principalement lié à un important flux thermique du manteau, l'extension n'ayant qu'un rôle limité dans cet amincissement (<20%). En outre, eu égard au gradient géothermique exceptionnellement élevé de la région, à la fin du Mésozoïque, il semble très probable que des MCC puissent s'être développés sans épaississement préalable de la croûte. L'analyse comparée des directions d'étirement dans la croûte et dans le manteau met en évidence le rôle majeur de la subduction des panneaux plongeants le long de la marge est-asiatique. Un modèle géodynamique a été proposé montrant le rôle du retrait successif des panneaux plongeants couplé à un phénomène d'érosion thermique de la lithosphère.

Pour quantifier l'influence des activités humaines sur le climat et en particulier sur la compositionchimique de l'atmosphère, il est primordial de disposer de mesures continues et homogènes. C'estpourquoi l'objet de ce travail de thèse a consisté, dans un premier temps, à installer une nouvellestation d'observation (OASIS pour Observations Atmosphériques par Spectrométrie InfrarougeSolaire) sur le toit de l'Université Paris-Est à Créteil, pour mesurer des spectres d'absorption solairedans l'infrarouge, en vue d'analyser les concentrations de gaz traces et leurs différentes variabilitéstemporelles. Cette étude est centrée sur deux molécules clés de l'atmosphère impliquées, à diverseséchelles, dans les problèmes environnementaux actuels : l'ozone (O3) et le monoxyde de carbone(CO). Le développement de la méthode expérimentale et l'adaptation du code d'inversion (PROFFIT)a permis de restituer les colonnes totales et partielles de ces deux espèces. Pour valider lesperformances de cet instrument et de la méthode employée, les résultats des analyses de OASIS ontété comparés avec diverses données corrélatives provenant de mesures au sol (SAOZ pour l'O3), desatellites (IASI, GOME-2, OMI, pour l'O3, et MOPITT et IASI pour le CO) et de modèles globaux(REPROBUS pour l'O3 et MOCAGE pour le CO). Les résultats ont montré de très bons accords etprouvent la qualité du spectromètre à moyenne résolution spectrale, de la station OASIS, pour mesurerles concentrations de l'O3 et du CO atmosphérique.Une partie de ce travail a également concerné la validation des performances des instruments spatiauxactuels de détection de l'ozone atmosphérique, grâce à la campagne de mesures (avril-mai 2009) quej'ai réalisée à Izaña (Ténérife). Cette station, située en région sub-tropicale, à 2370 m d'altitude et enmilieu non pollué, est intégrée dans le réseau NDACC, et possède un spectromètre à haute résolutionspectrale. Les concentrations d'ozone issues des inversions des spectres mesurés ont été comparéesaux données fournies par un instrument au sol (Brewer, situé sur le même site) et par plusieursinstruments satellitaires (IASI, OMI, GOME-2). Les résultats ont présenté d'excellents accords.Les diverses variabilités temporelles observées à Izaña et à Créteil (saisonnière, inter-journalière,diurne et événements extrêmes) ont été interprétées et les capacités respectives

La spectrometrie esca, la sonde ionique et la microscopie electronique permettent de reconstituer les premiers stades de l'evolution des verres silicates mis en contact avec des solutions aqueuses. les resultats conduisent a envisager deux modes d'alteration pour les verres volcaniques: une alteration en croute et une alteration en pelure d'oignon.