L'urbanisation des surfaces est à l'origine de l'îlot de chaleur urbain : les températures au centre des villes sont plus élevées que dans les zones rurales environnantes. Ces phénomènes ont été étudiés pour deux campagnes de mesures. La première a eu lieu à Marseille pendant l'été 2001. L'îlot thermodynamique a été suivi par un réseau optimisé pour cette ville côtière. La nuit, l'urbanisation est le premier facteur d'explication de la variabilité de température alors que le jour cet effet est balayé par le régime de brise. Le jour les mesures des flux turbulents sont affectées par cet écoulement frais et humide. La deuxième campagne a été menée sur Toulouse pendant un an de février 2004 à mars 2005. Les données acquises ont permis de montrer l'impact des rejets anthropiques de chaleur sur le bilan d'énergie en hiver : ils peuvent atteindre plus de 100 W m-2 et compenser la moitié du déficit d'énergie solaire.

Les versants viticoles de Côte d'Or (Bourgogne, France) sont soumis aux effets conjugués de processus de ruissellement et de pratiques culturales intenses. Cette étude s'est intéressée à quantifier la dynamique de redistribution des sédiments sur plusieurs échelles de temps et d'espace. Des bilans sédimentaires ont permis de montrer que les versants étudiés, dont les sols sont rendus très sensibles aux phénomènes de ruissellement par la viticulture, sont soumis à des vitesses d'érosion de l'ordre de plusieurs millimètres par an. Les distances de transfert des sédiments associés à l'initiation et au développement des rigoles sont dépendantes d'un seuil de ruissellement. L'existence de ce seuil a été vérifiée dans l'analyse de la distribution spatiale des vitesses d'érosion et de la distribution temporelle des séquences pluviométriques. Le forçage anthropique se manifeste paradoxalement de deux manières : d'abord par l'ablation des sols sur les coteaux, et ensuite par la compensation partielle ou totale de l'érosion, notamment par les remontées de terre. Cet équilibre est à l'origine de la variabilité de la dynamique sédimentaire sur les versants étudiés.

La zone non saturée (ZNS) des sols contient de l'eau plus ou moins fortement retenue par succion capillaire. Concrètement, cette succion modifie la pression interne de l'eau capillaire et donc modifie ses propriétés thermodynamiques. De ce fait, la spéciation des solutés aqueux, la solubilité des gaz et des solides sont modifiées. Pour permettre de faire des bilans de masse à l'échelle des profils, on a utilisé les courbes de rétention en eau du sol, qui relient un volume d'eau porale à une gamme de succion capillaire. A cette dernière gamme sont associées les propriétés de la succion moyenne. Certains modèles de courbes de rétention sont spécialement adaptés au domaine des fortes succions et ils sont ici étudiés en détail. Leur utilisation permet de constater que les volumes retenus à des succions géochimiquement significatives peuvent atteindre plusieurs dizaines de litres par mètre cube de sol et ainsi participer au transfert de masse en profondeur. Plusieurs faits d'observations pourraient être re-interprétés par cette approche capillaire, comme les successions anormales de paragénèses dans certains régolites.<br />Des premières études de bilans de masse ont été réalisées en s'appuyant sur un modèle en double porosité, avec un domaine macroporal de percolation, et un domaine microporal de rétention. Ces deux zones sont couplées par des échanges diffusifs. Le modèle utilisé est celui des colonnes de transfert-réactif 1Dde PhreeqC, un des modèles géochimiques les plus courants. Les caractéristiques géochimiques des solutions capillaires sont calculées avec Thermo-ZNS, un logiciel de calculs thermodynamiques développé pour la ZNS au BRGM. Les résultats de simulation des colonnes mettent en évidence l'effet de la capillarité sur la stabilité des minéraux, la vitesse des réactions et la complexation de surface, consistant avec les observations naturelles de terrain.

Thèse doctorat : Lasers, molécules, rayonnements atmosphériques : Lille 1 : 2003. / Articles publiés en anglais reproduits en annexe. N° d'ordre (Lille 1) : 3416. Résumé en français et en anglais. Bibliogr. p. 175-186.

Thèse doctorat : Electronique, Electrotechnique, Automatique.Télédétection : Strasbourg 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 7 p.

Pendant les dernières années, l'Afrique est affectée par des fluctuations dramatiques des précipitations, qui ont des effets dévastateurs sur l'économie, la santé et la subsistance de la population. L'adaptation aux changements climatiques nécessite une étude approfondie du cycle hydrologique, menant aux projections climatiques améliorées sur le continent. Les objectifs de ce mémoire sont de tester les performances de la cinquième génération du Modèle régional canadien du climat (MRCC5) dans la simulation du bilan de l'eau atmosphérique sur l'Afrique à l'été (JJA) et en hiver (DJF) et d'évaluer la valeur ajoutée potentielle (VAP) du modèle, concernant la moyenne saisonnière et la variabilité temporelle. À cette fin, chacune des variables atmosphériques est décomposée en grandes échelles, résolues par le MRCC5 et la réanalyse ERA-Interim qui pilote le MRCC5, et de petites échelles, non résolues par la réanalyse. De plus, la divergence du flux d'humidité horizontale intégrée verticalement est représentée comme une somme des quatre termes d'interaction, obtenue à partir du vent et de l'humidité décomposés dans l'espace. La divergence moyenne saisonnière est également décomposée en deux termes, résultant de la contribution des tourbillons stationnaires et transitoires. La valeur ajoutée potentielle est associée aux petites échelles des moyennes saisonnières, à la divergence non résolue, et à leurs variances. Les résultats révèlent que le bilan moyen saisonnier de l'eau atmosphérique est dominé par les grandes échelles. La contribution des petites échelles est limitée et localisée sur le terrain escarpé et le long de la côte. La divergence moyenne du flux d'humidité intégrée verticalement est contrôlée par la composante stationnaire, tandis que la composante transitoire est présentée essentiellement dans le front intertropical et latitudes tempérées. Les deux composantes sont étroitement liées à la circulation tridimensionnelle associée à la dépression saharienne. Il a été démontré que la divergence non résolue résulte principalement de l'interaction entre le vent à petite échelle et l'humidité à grande échelle, et que sa contribution est moindre que de la divergence résolue. Finalement, la VAP pour la divergence moyenne de l'humidité est due principalement au forçage topographique et découle en parti de la composante résolue. Pour conclure, la variabilité climatologique du cycle hydrologique de l'atmosphère est marquée par un apport essentiel des petites échelles déterminant la supériorité de la variance de divergence non résolue du flux d'humidité. Les termes d'interaction dominants sont identifiés pour les principales régions géographiques. L'écart-type maximal observé dans la zone de convergence intertropicale, l'Océan Indien, l'Atlantique Central et les latitudes moyennes suggère une VAP significative avec origine synoptique et convective pour la variabilité. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : MRCC5, valeur ajoutée, décomposition d'échelle, bilan d'eau atmosphérique, divergence du flux d'humidité, Afrique.

Par le passé la Bretagne a connu des épisodes de sécheresses très intenses. Peu communs pour des régions caractérisées par un climat océanique, ils ont eu des conséquences notables à l'échelle du territoire. De nombreuses activités socio-économiques sont ainsi apparues vulnérables face à ces évènements. Durant la sécheresse de 1976, l'agriculture fut particulièrement touchée, avec des pertes de récoltes importantes. La sécheresse est donc un risque important à l'échelle du territoire breton. Or, le changement du climat observé depuis plusieurs décennies amène des doutes quant à l'évolution des sécheresses en termes de fréquence et d'intensité. Cette thèse propose ainsi une analyse des caractéristiques des épisodes secs en Bretagne selon trois scénarios SRES du GIEC : B1, A1B et A2. Les sorties climatiques désagrégées utilisées ont été comparées, dans un premier temps, aux observations, afin de s'assurer de l'adaptabilité des jeux de données pour une analyse de ce type. Pour chacun des scénarios deux types de bilans hydriques ont été calculés. Ils permettent d'obtenir des valeurs de déficit d'évaporation, paramètre illustrant l'intensité des sécheresses, ainsi que des valeurs de réserve hydrique qui mettent en évidence les périodes d'assèchement et de recharge des sols. Les premiers bilans hydriques, de résolution de 8 km et au pas de temps mensuel, proposent une vision générale sur le comportement hydrique des sols bretons. Les seconds, de résolution kilométrique et au pas de temps journalier, apportent plus de précision quant aux secteurs vulnérables et à l'intensité probable des épisodes secs. On peut ainsi voir que des sécheresses exceptionnelles, similaires à celle de 1976, seraient régulièrement observées à la fin du 21ème siècle d'après le scénario A2. La comparaison avec un indice de sécheresse utilisé par Météo-France confirme les tendances régionales attendues au 21ème siècle d'après les trois scénarios SRES. Une approche agronomique est également proposée dans cette thèse afin d'apprécier les impacts de différentes types de culture sur la réserve hydrique des sols

Dans cette thèse est défendu l'intérêt d'évaluer la santé d'un système/objet industriel multi-composants à travers un bilan de santé multi-niveaux hiérarchiques. Elle a donc pour objet principal de justifier les éléments essentiels du concept de bilan de santé générique qui représente l'état réel d'un système sous la forme d'un vecteur d'indicateurs de différentes natures. Vis-à-vis de ce fondement, la thèse se focalise plus spécifiquement sur les fonctions de détection des anomalies-normalisation et agrégation d'indicateurs pour élaborer un index synthétique représentatif de l'état de santé global pour chaque élément du système. Il est ainsi proposé, une nouvelle approche de détection conditionnelle des anomalies. Cette approche a pour intérêt de quantifier la déviation pour chaque indicateur par rapport à son mode de comportement nominal tout en prenant en compte le contexte dans lequel évolue le système. Une extension à l'exploitation de l'intégrale de Choquet en tant qu'opérateur d'agrégation des indicateurs est aussi proposée. Cette extension concerne, d'une part, un processus d'apprentissage non supervisé des capacités pour le niveau le plus inférieur dans l'abstraction, à savoir celui des composants, et d'autre part, une approche de mise en oeuvre de leur inférence d'un niveau à l'autre. Ces propositions sont appliquées sur un moteur diesel de navire, système essentiel du projet BMCI du pôle MER-PACA dans lequel s'inscrit cette thèse.

Ce travail a permis de modéliser le bilan de masse superficiel sur le bassin versant du Glacier 15 du massif Antisana (0.28 km2; 0°28'S, 78°09'W), dans les Andes tropical de l'Equateur. Le bilan de masse superficiel (MBS) entre 2000 et 2008 sur le glacier 15a de l'Antisana a été modélisé en utilisant deux approches parallèles : un modèle empirique de type degré-jour et un modèle physique de type bilan d'énergie.Dans un premier temps, la fonte a été calculée à l'aide de la température moyenne et des cumuls de précipitations alors que le calcul de la sublimation a été réalisé grâce à la vitesse du vent. Ce modèle a été appliqué au pas de temps journalier et a été calé à 4900 m d'altitude entre mars 2002 et août 2003 et validé entre janvier et novembre 2005. Un lien significatif entre la température et la fonte apparaît lorsqu'une distinction entre neige et glace est effectuée. La relation entre la fusion et la température est expliquée essentiellement par le lien significatif existant entre le bilan radiatif de courtes longueurs d'onde et la température, car le rayonnement solaire est aussi le principal moteur de la fonte. Néanmoins, cette relation disparaît dès lors que le vent devient intense. Ce point a cependant peu de conséquences sur les calculs effectués, car les périodes ventées sont marquées par des températures faibles. Le modèle a été appliqué pour évaluer dans quelle mesure cette approche est appropriée pour modéliser le bilan de masse superficiel, l'ablation, et les altitudes de la ligne de neige et de la ligne d'équilibre. Les résultats montrent qu'un modèle empirique de type degré-jour permet une modélisation précise du MBS à l'échelle d'un glacier en Equateur. Néanmoins, ce modèle ne devrait pas être appliqué à d'autres régions tropicales, en particulier là où la sublimation est importante (grâce à une saison sèche prononcée) ou lorsque les glaciers sont situés au-dessus de l'altitude moyenne de l'isotherme 0°C.Dans un deuxième temps, un modèle de bilan d'énergie superficiel (BES) distribué développé initialement pour des applications en Terre d'Adélie (Antarctique) a été appliqué sur le site du glacier 15a de l'Antisana pour quantifier l'ablation de la glace et de la neige. Ce modèle a été adapté pour les conditions tropicales puis forcé à l'aide des mesures météorologiques obtenues à proximité et sur glacier 15a. Le modèle a tout d'abord été appliqué à une altitude de référence à 4900 m pour une pente de 28° et avec un azimut NO (45°). La spatialisation du bilan d'énergie a ensuite été effectuée en discrétisant le glacier par tranches de 50 m d'altitude, puis en calculant la pente et l'azimut moyen de chaque tranche à l'aide de un modèle numérique de terrain (MNT) précis du glacier. Les données d'entrées ont été distribuées sur la langue du glacier 15a en supposant que les forçages météorologiques varient selon des gradients verticaux constants. Ces gradients ont été établis à partir de mesures de terrain. Le modèle a été calé à partir des données de bilan de masse mensuel et d'albédo journalier mesurées sur le glacier 15a entre mars 2002 et août 2003, puis validé à partir de mesures obtenues entre janvier 2005 et décembre 2008. Le modèle reproduit précisément les variations spatiales et temporelles du bilan de masse entre 4850 m et 5700 m d'altitude. Les résultats inédits de bilan d'énergie de surface distribués sur le glacier 15a ont ainsi permis d'analyser les processus physiques à l'origine des variations spatio-temporelles de l'ablation. Enfin, cette étude explique pour la première fois pourquoi les modèles de type degré-jour donnent systématiquement des résultats de bonne qualité dans cette région, venant contredire les résultats d'études antérieures. Cette thèse constitue ainsi une étape importante dans la compréhension de la sensibilité des bilans de masse aux variations de température dans cette région. / Antisana Glacier 15 basin surface mass balance (SMB) (0.28 km2;0°28'S,78° 09'W, 5750 m), located in the tropical Andes of Ecuador, between 2000 and 2008 has been modeled using two models: an empirical positive degree-day (PDD) and other physical surface energy balance approach..As a first stage, melting was calculated using daily temperature and the cumulative precipitation while sublimation was computed as wind-speed function. The PDD was applied at daily-time step and calibrated at 4900 m a.s.l. The period time to calibrate was March 2002 - August 2003 and validated was January - November 2005. A significant link between melting rates and temperature was revealed when model discriminates snow and ice surface. This relationship is explained by the link between the short-wave radiation and air temperature. However, this relationship disappears under intense wind-speed events, however this events show low air temperature, therefore they are not affect the final results. The PDD model was applied for modeling SMB, ablation, snow-line position and equilibrium line altitude. The results show this model type fits to SMB measures over Antisana glacier. However, it should not apply to other tropical regions, particularly where there are high sublimation rates (pronounced dry seasons) or where glaciers are located under the isotherm 0 ° C.A second stage, a distributed surface energy balance (DBES) model over glacier 15a of the Antisana was applied to quantify ice and snow ablation. For this task was used a model adapted to tropical conditions from Adélie Land-Antarctica BES model. Initially, the model was applied at 4900 m.a.s.l. , with a slope of 28º and NW (45 °) azimuth. For computing DBES, the glacier was divided in 18 altitude strips ( 50m/level). The model generated slops and azimuths from a digital elevation model (DEM). The meteorological vertical gradients were measured in the study zone. This values was used into de model as constants during both periods calibration and validation. The DBES model reproduced the spatial variation and temporal of SMB between 4850 m.a.s.l. and 5700 m.a.s.l.. The unpublished results of SEB distributed on the glacier 15a allowed to analyze the physical processes that to generate the spatio-temporal variation of the ablation.The DBES results show that the model applied in a former research was based on wrong assumptions and inaccurate. The results of DBES and PDD models show that the accumulated precipitation measured at the bottom of the glacier are greatly underestimated. It implies the need for new protocols for improving the precipitation measurement. Both the former research and SEB confirm the crucial role of shortwave radiation and albedo values over glacier melt. It puts also in evidence that snow metamorphism in the study zone occurs faster than other latitudes, associated with accelerated degradation of surface albedo. Finally, this research explains the reason why the PDD model provides good quality results in this region, which contradicted the results of previous study. This research contributes a better understanding about sensibility of SMB with temperature variations in the inner tropics.

L’hydrolyse enzymatique de la biomasse lignocellulosique est une voie prometteuse pour la bioconversion des matières végétales en sucres fermentescibles en vue de la production du bioéthanol de seconde génération. En général, des cocktails enzymatiques contenant différentes familles d’activités, caractérisées par des modes d’action différents, sont utilisés comme biocatalyseurs. L’essentiel des travaux de modélisation de ce procédé abordent la question via des approches cinétiques où les aspects particulaires et dynamique d’évolution des propriétés du substrat/biocatalyseur/système ne sont pas pris en compte. De plus, ce type de modèles, visant à reproduire les cinétiques de production des sucres simples, traite uniquement le cas de la mise en contact simultanée des enzymes et de la matière à hydrolyser (substrat). Dès lors, les questions relatives au design/optimisation du procédé telles que le mode d’alimentation (batch/continu) ou l’ajout séquencé des enzymes et/ou du substrat ne peuvent pas être abordées avec ces modèles. Dans ce travail, une approche de modélisation par le formalisme du bilan de population est proposée. Le modèle est basé sur une hétérogénéité structurale du substrat à savoir la distribution de taille des chaines/particules. Comme première approche numérique, la méthode des classes est utilisée dans le cas de l’hydrolyse de chaines polymères subissant des attaques endoglucanases (rupture aléatoire) et exoglucanases (coupure d’un dimère en bout de chaine). En deuxième lieu, la méthode des moments a été adoptée pour traiter du cas d’un substrat particulaire. Ici la rupture s’opère sous l’effet des contraintes hydrodynamiques tandis que l’hydrolyse enzymatique modifie la cohésion des particules. Par ailleurs, la nécessité de confronter les résultats numériques issus de la méthode des moments avec les distributions expérimentales a motivé un travail sur les méthodes de reconstruction des distributions à partir de leurs moments. Parallèlement à ce travail de modélisation, plusieurs métrologies nécessaires à la caractérisation de ces systèmes ont été mises en oeuvre. Trois techniques granulométriques (Morpho-granulométrie, Focused Beam Reflectance Measurement Technique (FBRM) et Granulométrie laser) ont été utilisées pour accéder à l’évolution de la distribution de taille des particules au cours de l’hydrolyse d’une cellulose microcristalline (Avicel). De plus, les concentrations en sucres réducteurs et en sucres simples (glucose et cellobiose) ont été mesurées. Les modélisations proposées combinent ainsi les aspects de cinétique homogène et de catalyse hétérogène. Intégrées dans une approche de type bilan de population multivariable, elles permettent d’accéder à l’évolution de la distribution de taille des chaines/particules du substrat ainsi qu’aux cinétiques de conversion en sucres simples. / The enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass is a promising approach for the bioconversion of organic matter into fermentable sugars aiming ultimately to produce second generation biofuel. Globally, enzymatic cocktails, containing different activities which are characterized by their specific mechanisms, are used as biocatalysts. Most of the studies devoted to the modelling of this process address the problem via kinetic approaches in which the particulate aspects and the dynamic evolution of the properties of the substrate/biocatalyst/system are not taken into account. Moreover, such models aim to reproduce the kinetics of release of simple sugars and treat only the case where the enzymes and the substrate are simultaneously mixed at the beginning of the hydrolysis reaction. Therefore, issues related to the design/optimization of the process such as the supplying mode (batch/continuous) and the sequential adding of the enzymes/substrate cannot be addressed with these models. In this work, a population balance formalism is proposed as modelling approach. The model is based on a structural heterogeneity of the substrate namely the chain/particle size distribution. As a first numerical approach, the method of classes is used in the case of polymer chains undergoing endoglucanase (random breakage) and exoglucanase (chain-end scission) attacks. Secondly, the method of moments is adopted to solve the same problem and then adapted to the case of a particulate substrate by introducing the particle cohesion effect which depends on the enzymatic attacks as well as on the hydrodynamic shear stress. Finally, the confrontation of the numerical results from the method of moments to the experimental distributions motivated the development of reconstruction methods in order to restore distributions from a finite sequence of their moments. Alongside this modelling work, the suitable metrology has been developed for the characterization of these systems. Three different granulometric techniques (Morphogranulometry, Focused Beam Reflectance Measurement (FBRM) technique and Laser Diffraction Particle Size Analysis) are used to reach the time-evolution of the particle size distribution of microcrystalline cellulose (Avicel). In this context, numerical tools used for the analysis and the comparison of the different experimental distributions are proposed. In addition, the concentrations of reducing and simple sugars (glucose and cellobiose) are measured all along the hydrolysis reactions. The modeling of enzymatic hydrolysis developed here combines the concepts of homogeneous and heterogeneous catalysis. Integrated into the framework of multivariable population balance model, these allow the chain/particle size distribution evolution during the reaction and the kinetics of simple sugars release to be predicted.