L'effet de deux méthodes de conduite contrastées (Central Leader vs. Conduite Centrifuge) est étudié sur trois cultivars de pommiers architecturalement distincts ; 'Scarletspur Delicious' , 'Golden Delicious' et 'Granny Smith'. Les arbres sont digitalisés en 3D en utilisant un outil électromagnétique à l'échelle des pousses deux fois en cours de première année et avant la récolte en deuxième année. Les pousses sont décrites et classifiées selon leur longueur et leur typologie (fructifères vs. végétatives). Le bois porteur est également décrit en deuxième année en mettant l'accent sur la stratégie de taille (bois porteur taillé vs. non taillé). Des expérimentations virtuelles sont réalisées à travers la reconstruction du feuillage, la création de maquettes 3D et la simulation de l'interception de la lumière, à l'échelle de l'arbre, des types de pousses et des pousses individuelles. Un modèle simplifié pour l'estimation de l'interception de la lumière par les arbres isolés est proposé, en utilisant des paramètres de structure du feuillage. La démographie et la séquence des pousses sont principalement affectées par le cultivar, avec une faible influence du mode de conduite. Une tendance similaire est observée à l'échelle de l'arbre pour les paramètres de structure du feuillage et de la lumière. La distribution spatiale des pousses et la densité de surface foliaire se différencient selon le mode de conduite. 'Scarletspur Delicious' est un arbre de forme réduite et compacte par rapport aux deux autres cultivars qui possèdent des arbres plus ouverts et plus grands. L'effet des systèmes de conduite se traduit par une plus grande proportion de pousses végétatives longues et réitérées (R-LVS) sur les arbres en Central Leader. Ces derniers présentent une distribution hétérogène de la surface foliaire et de l'interception de la lumière des deux types de pousses causées par les R-LVS qui augmentent l'ombrage mutuel des pousses. Ces différences varient en fonction des cultivars et sont plus tranchées chez Granny Smith. Les paramètres étudiés montrent que le système de conduite pourrait avoir un impact direct sur le développement et le positionnement spatial des pousses. Ceci affecte notablement la floraison et la production, même si la croissance et la structure de l'arbre dépendent essentiellement du cultivar

Le défi de cette thèse est de reconstruire la géométrie 3D de la végétation à partir des données de distance et d'intensité fournies par un scanner de type LiDAR. Une méthode de « shape-from-shading » par propagation est développée pour être combinée avec une méthode de fusion de données type filtre de Kalman pour la reconstruction optimale des surfaces foliaires.-Introduction-L'analyse des données LiDAR nous permet de dire que la qualité du nuage de point est variable en fonction de la configuration de la mesure : lorsque le LiDAR mesure le bord d'une surface ou une surface fortement inclinée, il intègre dans sa mesure une partie de l'arrière plan. Ces configurations de mesures produisent des points aberrants. On retrouve souvent ce type de configuration pour la mesure de feuillages puisque ces derniers ont des géométries fragmentées et variables. Les scans sont en général de mauvaise qualité et la quantité d'objets présents dans le scan rend la suppression manuelle des points aberrants fastidieuse. L'objectif de cette thèse est de développer une méthodologie permettant d'intégrer les données d'intensité LiDAR aux distances pour corriger automatiquement ces points aberrants. -Shape-From-Shading-Le principe du Shape-From-Shading (SFS) est de retrouver les valeurs de distance à partir des intensités d'un objet pris en photo. La caméra (capteur LiDAR) et la source de lumière (laser LiDAR) ont la même direction et sont placés à l'infini relativement à la surface, ce qui rend l'effet de la distance sur l'intensité négligeable et l'hypothèse d'une caméra orthographique valide. En outre, la relation entre angle d'incidence lumière/surface et intensité est connue. Par la nature des données LiDAR, nous pourrons choisir la meilleure donnée entre distance et intensité à utiliser pour la reconstruction des surfaces foliaires. Nous mettons en place un algorithme de SFS par propagation le long des régions iso-intenses pour pouvoir intégrer la correction de la distance grâce à l'intensité via un filtre de type Kalman. -Design mathématique de la méthode-Les morceaux de surface correspondant aux régions iso-intenses sont des morceaux de surfaces dites d'égales pentes, ou de tas de sable. Nous allons utiliser ce type de surface pour reconstruire la géométrie 3D correspondant aux images d'intensité.Nous démontrons qu'à partir de la connaissance de la 3D d'un bord d'une région iso-intense, nous pouvons retrouver des surfaces paramétriques correspondant à la région iso-intense qui correspondent aux surfaces de tas de sable. L'initialisation de la région iso-intense initiale (graine de propagation) se fait grâce aux données de distance LiDAR. Les lignes de plus grandes pentes de ces surfaces sont générées. Par propagation de ces lignes (et donc génération du morceau de la surface en tas de sable), nous déterminons l'autre bord de la région iso-intense. Puis, par itération, nous propagerons la reconstruction de la surface. -Filtre de Kalman-Nous pouvons considérer cette propagation des lignes de plus grande pente comme étant le calcul d'une trajectoire sur la surface à reconstruire. Dans le cadre de notre étude, la donnée de distance est toujours disponible (données du scanner 3D). Ainsi il est possible de choisir, lors de la propagation, quelle donnée (distance ou intensité) utiliser pour la reconstruction. Ceci peut être fait notamment grâce à une fusion de type Kalman. -Algorithme-Pour procéder à la reconstruction par propagation, il est nécessaire d'hiérarchiser les domaines iso-intenses de l'image. Une fois que les graines de propagation sont repérées, elles sont initialisées avec l'image des distances. Enfin, pour chacun des nœuds de la hiérarchie (représentant un domaine iso-intense), la reconstruction d'un tas de sable est faite. C'est lors de cette dernière étape qu'une fusion de type Kalman peut être introduite. / The challenge of this thesis is reconstruct the 3D geometry of vegetation from distance and intensity data provided by a 3D scanner LiDAR. A method of “Shape-From-Shading” by propagation is developed to be combined with a fusion method of type “Kalman” to get an optimal reconstruction of the leaves. -Introduction-The LiDAR data analysis shows that the point cloud quality is variable. This quality depends upon the measurement set up. When the LiDAR laser beam reaches the edge of a surface (or a steeply inclined surface), it also integrate background measurement. Those set up produce outliers. This kind of set up is common for foliage measurement as foliages have in general fragmented and complex shape. LiDAR data are of bad quality and the quantity of leaves in a scan makes the correction of outliers fastidious. This thesis goal is to develop a methodology to allow us to integrate the LiDAR intensity data to the distance to make an automatic correction of those outliers. -Shape-from-shading-The Shape-from-shading principle is to reconstruct the distance values from intensities of a photographed object. The camera (LiDAR sensor) and the light source (LiDAR laser) have the same direction and are placed at infinity relatively to the surface. This makes the distance effect on intensity negligible and the hypothesis of an orthographic camera valid. In addition, the relationship between the incident angle light beam and intensity is known. Thanks to the LiDAR data analysis, we are able to choose the best data between distance and intensity in the scope of leaves reconstruction. An algorithm of propagation SFS along iso-intense regions is developed. This type of algorithm allows us to integrate a fusion method of type Kalman. -Mathematical design of the method-The patches of the surface corresponding to the iso-intense regions are patches of surfaces called the constant slope surfaces, or sand-pile surfaces. We are going to use those surfaces to rebuild the 3D geometry corresponding to the scanned surfaces. We show that from the knowledge of the 3d of an iso-intensity region, we can construct those sand-pile surfaces. The initialization of the first iso-intense regions contour (propagation seeds) is done with the 3D LiDAR data. The greatest slope lines of those surfaces are generated. Thanks to the propagation of those lines (and thus of the corresponding sand-pile surface), we build the other contour of the iso-intense region. Then, we propagate the reconstruction iteratively. -Kalman filter-We can consider this propagation as being the computation of a trajectory on the reconstructed surface. In our study framework, the distance data is always available (3D scanner data). It is thus possible to choose which data (intensity vs distance) is the best to reconstruct the object surface. This can be done with a fusion of type Kalman filter. -Algorithm-To proceed a reconstruction by propagation, it is necessary to order the iso-intensity regions. Once the propagation seeds are found, they are initialized with the distances provided by the LiDAR. For each nodes of the hierarchy (corresponding to an iso-intensity region), the sand-pile surface reconstruction is done. -Manuscript-The thesis manuscript gathers five chapters. First, we give a short description of the LiDAR technology and an overview of the traditional 3D surface reconstruction from point cloud. Then we make a state-of-art of the shape-from –shading methods. LiDAR intensity is studied in a third chapter to define the strategy of distance effect correction and to set up the incidence angle vs intensity relationship. A fourth chapter gives the principal results of this thesis. It gathers the theoretical approach of the SFS algorithm developed in this thesis. We will provide its description and results when applied to synthetic images. Finally, a last chapter introduces results of leaves reconstruction.

Une gestion raisonnée et multifonctionnelle des forêts n'est possible qu'avec une description à jour de l'état de la ressource naturelle.Les inventaires forestiers traditionnels, réalisés sur le terrain, sont couteux et ne couvrent qu'un échantillonnage de la surface boisée.L'essor des drones civils pour la cartographie a initié une révolution dans le domaine de la télédétection environnementale.La polyvalence et la diversité des systèmes drones sont une aubaine pour la foresterie de précision.Ceux-ci sont utilisé pour la réalisation de cartographie très fine des habitats naturels avec une résolution temporelle et spatiale sans précédent.Nous explorons les possibilités d’utilisation de mini-drones pour la caractérisation quantitative et qualitative de la ressource forestière.Nous nous intéressons en particulier à l’estimation de la hauteur des arbres et à la caractérisation de la composition spécifique au sein de peuplements forestiers.La hauteur de la canopée est une variable dendrométrique de première importance : elle est un bon indicateur du stade de développement des peuplements et intervient notamment dans les estimations de biomasse ou de niveau de productivité.La composition spécifique est une information essentielle en regard des principales fonctions que remplit la forêt (conservation, production, récréation, etc).Nous avons comparé l'estimation de la hauteur des peuplements à partir de mesures LiDAR et celles obtenues par photogrammétrie.Bien que permettant une mesure de hauteur individuelle avec une incertitude de l'ordre de 1.04 m (RMSE) en feuillus, la photogrammétrie par drone sur des zones forestières est systématiquement moins précise que les mesures par LiDAR (RMSE de 0.83 m).Néanmoins, la grande flexibilité que confère les petits drones permet d'acquérir, au moment propice du stade de végétation, et l'information de relief de la canopée, et l'information spectrale.La période de fin de feuillaison, au début du mois de juin, s'est avéré le moment le plus propice à une discrimination automatique de cinq groupes d'essences feuillues (le chênes pédonculé, les bouleaux, l'érable sycomore, le frêne commun et les peupliers).Une erreur globale de classification des houppiers de 16% est obtenue avec des acquisitions monotemporelles, alors que l'utilisation d'imageries acquises à différentes dates permet encore d'améliorer cette classification.Les contraintes de la législation régissant l'utilisation des aéronefs sans pilote à bord restreignent le champs d'action des drones civils.Ainsi, les opérations avec un drone sont limitées sous un seuil d'altitude et à une distance maximale du télépilote, ce qui ne permet pas une utilisation optimale de cette technologie pour la couverture de grands domaines forestiers (plusieurs milliers d'hectares).C'est pourquoi nous pensons que les drones resterons un outils d'analyse de petites surfaces (dizaines voire centaines d'hectares), plus utiles à des fins de recherches scientifiques qu'à une utilisation en gestion forestière / The recent development of operational small unmanned aerial systems (UASs) opens the door for their extensive use in forest mapping, as both the spatial and temporal resolution of UAS imagery better suit local-scale investigation than traditional remote sensing tools.Along with this rising use of drones, dense three-dimensional reconstruction through the combined use of photogrammetry and textit{Structure from Motion} techniques enables now the fine modelization of the canopy surface relief from a set of overlapping images.Forest management is evolving and has to cope with numerous news demands.A sustainable managemnent practice requires beforehand up-to-date and comprehenvise forest inventory.Traditionnal forest ressources inventories are carried out on the field.They are expensive and focus only on an sample of the forest.Information is delivered at the stand level, and specific measurements for individual tree is missing.The use of mapping drones can potentially changes the story by describing forest ecosystems on a tree-level.This thesis aims at investigating the use of unmanned aerial systems for the characterization of temperate forests (in Wallonia, Belgium).Modelization of the vegetation heigth also is investigated by the combinaison of photogrammetric canopy surface measurements with digital terrain elevation acquired by LiDAR.Eventually, the study of a time series of 20 drone fligths through the growing season enables to determine when is the optimal period for automatic classification of deciduous species.Photogrammetric measurements of individual deciduous tree heigth are always less accurate than high density LiDAR measurements (RMSE of 1.04 m versus 0.83 m for the latter).Nevertheless, the versatility of drones is far higher than LiDAR data, with the possibility of flying at the appropriate time and delivering both spectral and 3D information with a very high resolution.Spetral information is relevant among other for tree species identification.The optimal phenology state for the discrimination of deciduous species was demonstrated to be the end of leaf flush.The intra-species phenology is indeed well synchronized during this time windows ranging from late spring to early summer.A global classification error of 16% is reached by using single date UAS imagery, and multitemporal UAS acquisitions still improve the process of species discrimination.Altough precision forestry can largely benefits from UAS technology, legislation constraints limit the operationnal use of drones.Thus, UAS flights are most of the time restricted under a specific altitude and within a certain distance from the remote pilot.These constraints are sub-optimal for the mapping of forest, which requires beyond line of sigth fligth at relatively high altitude.We thus believe that the drone technology will be more developped for scientific investigations at a local scale (dozens or hundreds of hectares) than for forest inventory of large forest estate (thousands of hectares)

Ce travail de recherche concerne l’interaction entre une couche limite atmosphérique et une canopée (représentant un couvert forestier). J’ai étudié le problème complexe de production et d’évolution de grosses structures turbulentes au dessus de couverts homogènes et hétérogènes, moyennement denses. J’ai abordé ce problème en mettant en œuvre les outils de la simulation numérique des grosses structures (LES) et du calcul haute performance (HPC). Les résultats numériques obtenus, reproduisent correctement les principales caractéristiques de cet écoulement, telles qu’elles sont rapportées dans la littérature : la formation d’une première génération de structures cohérentes en rouleaux, orientées transversalement par rapport à la direction de l’écoulement principal, puis la réorganisation et la déformation de ces structures qui évoluent vers une forme en fer à cheval. Les résultats obtenus au dessus d’un couvert discontinu (représentant une clairière ou une coupure de combustible dans une forêt), ont été comparés avec des données expérimentales collectées dans une soufflerie. Ceux-ci confirment l’existence d’un niveau élevé de turbulence au sein même du couvert végétal à une distance égale à 8 fois la hauteur de canopée. Cette zone, (appelée « Enhance Gust Zone » dans la littérature), est par ailleurs caractérisée par l’existence d’un pic local du facteur de dissymétrie (« skewness factor »).Le transport d’un contaminant passif émis par le feuillage a été également étudié, dans deux configurations, en supposant que la concentration à la surface du feuillage pouvait être considérée comme constante (source infinie) ou variable (source finie) en fonction du temps. Les résultats montrent un impact significatif de cette hypothèse sur la dynamique et le niveau des concentrations relevées dans l’atmosphère. / The work is dedicated to the investigation of the interaction between an Atmospheric Boundary Layer and a canopy (representing a forest cover). We have focused our attention to the complex problem of the generation and transformation of turbulent vortices over homogeneous, heterogeneous and sparse canopy. This problem has been studied using Large Eddy Simulation (LES) approach and High Performance Computing (HPC) technique.The numerical results reproduced correctly all the main characteristics of this flow, as reported in the literature: the formation of a first generation of coherent structures aligned transversally with the wind flow direction, the reorganization and the deformation of these vortex tubes into horse-shoe structures. The results obtained with the introduction of a discontinuity in the canopy (reproducing a clearing or a fuel break in a forest) are compared with the experimental data collected in a wind tunnel. In this case, the results confirmed the existence of a strong turbulence activity inside the canopy at a distance equal to 8 times the height of the canopy, referenced in the literature as the Enhance Gust Zone (EGZ) characterized by a local peak of the skewness factor. Then, the process of passive scalar transport from a forest canopy into a clear atmosphere is studied for two cases, i.e., when the concentration held by the forest canopy is either constant or variable. While this difference has little influence on the concentration patterns, results show that it has an important influence on the concentration magnitude as well as on the dynamics of the total concentration in the atmosphere.

A l'aide d'un télémètre optique mis au point dans le cadre de cette étude, la forêt de la Piste de St. Elie (Guyane française) est étudiée comme un volume complexe dans lequel on discerne des volumes occupé et inoccupé par la couronne des arbres. La répartition tridimensionnelle de ces volumes dans trois types forestiers permet de distinguer une évolution structurale inscrite dans un continuum depuis une forêt secondaire âgée de 20 ans, une forêt primaire perturbée et une forêt primaire intacte. Dans cette dernière, ce continuum se retrouve depuis les secteurs perturbés par des trouées dans la canopée jusqu'aux secteurs qui tendent vers une organisation des couronnes à trois hauteurs privilégiées. Cet état organisée de la forêt fait alors intervenir la progression verticale des couronnes d'arbres, leur dilatation dans le plan horizontal et leurs interactions comme les règles fondamentales qui régissent la dynamique du volume forestier. Une organisation dynamique non cyclique est alors proposée pour définir le fonctionnement d'une forêt primaire tropicale. Parallèlement, la confrontation des mesures obtenues par le télémètre avec les informations colorimétriques d'une photographie aérienne permet de dégager des règles statistiques utilisables pour détecter les types forestiers et l'état structural d'une forêt primaire sur des grandes superficies.

La Guyane française est une région située sur le Plateau des Guyanes en Amérique du sud. Elle présente à la fois une grande originalité en termes de biodiversité, un bon état de conservation et une forte contribution au stock de carbone Amazonien. Les connaissances sur l’évolution de la structure forestière de la Guyane française restent cependant insuffisantes pour offrir une gestion optimale à l’échelle du territoire. La disponibilité sans précédent de données de télédétection à très haute résolution spatiale telles que le LiDAR , sur de larges couvertures nous offre l'opportunité d’évaluer la ressource forestière de la Guyane Française. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse visent prioritairement à étudier la structure et les variations de la hauteur de canopée, les facteurs déterminant sa variabilité ainsi que les conséquences des activités d’exploitation forestière. Les données utilisées au cours de la thèse proviennent d’un LiDAR aéroporté et des données de terrains de l'Office National des Forêts (ONF). Ce manuscrit de thèse est divisé en trois grandes parties. La première partie introduit la problématique et fixe les objectifs de la thèse. La seconde partie prend la forme dite « sur article », c'est-à-dire que les différents chapitres qui la compose sont des articles scientifiques publiés ou en cours de publication, elle est composée de trois études. (i) Une étude concernant la détection des trouées et des déterminants environnementaux sur la distribution de tailles des trouées en forêt non exploitée : Comment caractériser la distribution de taille des trouées et est-ce qu’il y a des déterminants environnementaux qui influencent la distribution statistique de taille de trouées? Cet article à été soumis dans Biogeoscience. (ii) Une étude du contrôle de l'environnement sur la structure et les variations de la hauteur de canopée à différentes résolutions spatiales. Quelles échelles spatiales sont pertinentes pour analyser les déterminants environnementaux des variations de hauteur de la canopée en forêt tropicale à partir des données de télédétection ? Comment l’environnement peut aider, ou pas, à cartographier la hauteur de la canopée en forêt tropicale ? Cet article à été accepté pour publication dans Remote Sensing. (iii) Une troisième étude où nous avons quantifié les effets de l’exploitation à faible impact (EFI) sur la structure et la variation de la hauteur de canopée. Quelles sont les effets de l’exploitation forestière sur les variations de hauteur de canopée et sur la distribution de taille des trouées ? Cet article sera soumis pour publication dans une revue scientifique (Forest Ecology and Management). Dans la dernière partie, après une synthèse des principaux résultats, nous proposons des pistes de développement. / French Guiana is a region located on the Guiana Shield in South America. Is presents at the same time a high originality in biodiversity, a good state of conservation and a strong correlation to Amazonian carbon stocks. Knowledge on evolution of the forest structure of French Guiana is however still insufficient to bring an optimal management at territory scale. Availability as never seen before of remote sensing data at high spatial resolution such as LiDAR, on large coverage, offers the opportunity to assess the forest resource in French Guiana. The work done during this thesis aim mostly to study the structure and the variations of the canopy height, the factors determining its variability and the consequences of forest logging activities. The data used during this thesis come from an airborne LiDAR and field data from Office National des Forêts (ONF). This thesis manuscript is divided in three parts. The first part introduces the problem and sets the objectives of the thesis. The second part takes the so-called "article" form, that is, the different chapters that compose it are scientific articles published or in the course of publication, it is composed of three studies (I) A study on the gaps detection and environmental determinants on the gap sizes distribution in natural forest: How to characterize the gap size distribution and are there environmental determinants that influence the statistical distribution of gap size? This article has been submitted in Biogeoscience. (ii) A study of the control of the environment on the canopy height structure and variations at different spatial resolutions. Which spatial scales are relevant for analyzing the environmental determinants of canopy height changes in tropical forests from remote sensing data? How can the environment help or not map the height of the canopy in the rainforest? This article was accepted for publication in Remote Sensing. (iii) a third study where we quantified the effects of Reduced Impact Logging (RIL) on the structure and variation of canopy height. What are the effects of logging on canopy height variations and gap size distribution? This article will be submitted for publication in a Forest Ecology and Management journal. In the last part, after a synthesis of the main results, we propose a conclusion.

Les composés organiques volatils (COV) sont des composants clé en chimie atmosphérique. Ils participent à des réactions photochimiques dans la basse atmosphère et jouent ainsi un rôle majeur dans le cycle de l'ozone troposphérique et la formation d‘aérosols organiques secondaires. A l'échelle globale, ces COV sont à 10% d'origine anthropique et à 90% d'origine biotique. Les enjeux liés aux émissions de COVB sont d‘autant plus importants en région méditerranéenne en raison du potentiel d‘émission élevé ainsi que des évènements réguliers de pollution photochimique. Cette thèse propose, à travers deux campagnes de mesures intensives, la caractérisation expérimentale des COVB et de leurs produits d‘oxydation dans deux sites ruraux représentatifs de la végétation méditerranéenne.Dans le cadre du projet CANOPEE (ANR-JCJC 2011-2014) une campagne de mesure a eu lieu à l‘Observatoire du chêne pubescent de Haute Provence (O3HP). Des mesures de concentrations et de flux d‘émission ont été réalisées à l‘échelle de la canopée dans le but de quantifier l‘export des COVB hors canopée et d‘étudier la chimie intra-Canopée. Dans la forêt de l‘O3HP, des concentrations en isoprène très élevées ont été mesurées, en particulier au sein de la canopée où elles ont atteint 16 ppbv les journées les plus chaudes. Selon le facteur d‘émission de 7.2 mg m-2 h-1 déterminé, la forêt de chênes pubescents de l‘O3HP fait partie des écosystèmes les plus fortement émetteurs d‘isoprène à travers le monde. Parmi les COV oxygénés, seul le méthanol a des flux d‘émission significatifs, avec un taux d‘émission moyen égal à 0.3 mg m-2 h-1. Un des points forts de ce travail a consisté en l‘étude du transport et de la chimie intra-Canopée. D‘après nos estimations, les processus intra-Canopée sur le site de l‘OHP jouent un rôle mineur sur les flux nets d‘isoprène sortant de la canopée.La deuxième campagne de mesure s‘inscrit dans le cadre du programme ChArMEx (Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment). Elle a pris place sur le site du Cap Corse, situé à distance des sources anthropiques et qui abrite une diversité d'espèces végétales. Les résultats obtenus ont permis la quantification et spéciation de nombreux COVB. Un grand contraste dans la signature des émissions de COVB a été observé entre les deux sites d‘étude. Ainsi, tandis que l‘isoprène est responsable de plus de 90% des COVB en termes de concentrations à l‘OHP, il ne représente que 35% de leurs concentrations totales au Cap Corse. Les 65% restants sont composés de nombreux monoterpènes. Ces résultats ont également mis en évidence la chimie rapide des COVB et l‘importance de leur contribution à la formation de composés secondaires oxygénés dans les conditions de photochimie intense qui caractérisent le bassin méditerranéen en période estivale.Au Cap Corse, comme à l‘O3HP, les COVB représentent le puit dominant des radicaux hydroxyles. En présence de NOx et pour des concentrations équivalentes à celles de l‘OHP ou du Cap Corse, le potentiel des COVB à former de l‘ozone a été évalué à 10 ppbv en moyenne. / Volatile organic compounds (VOCs) are key components in atmospheric chemistry. They participate in photochemical reactions in the lower atmosphere and thus play a major role in the formation of tropospheric ozone and secondary organic aerosols. Biogenic VOCs (BVOCs) constitute approximately 90% of global VOC emissions. In the Mediterranean region, the emissions and reactivity of BVOCs are enhanced due to high temperatures and sunny conditions. In this context, this work proposes, through intensive field campaigns, the experimental characterization of BVOCs and their oxidation products in two rural sites where the vegetation is representative of the Mediterranean region. Within the framework of the CANOPEE program (ANR-JCJC 2011-2014) an intensive field campaign took place at the Oak Observatory of the Observatoire de Haute Provence (O3HP). Measurements of concentrations and emission fluxes were carried out in order to quantify the export of BVOC off the canopy and study in-Canopy processes. High concentrations of isoprene were measured with daily maximum ambient concentrations ranging between 2-16 ppbv inside the forest. According to the emission factor of 7.2 mg m-2 h-1 determined, downy oak forest of the O3HP is one of the strongest emitters of isoprene worldwide. Evidence of direct emission of methanol was also found exhibiting an average emission rate equal to 0.3 2 mg m-2 h-1. One of the strengths of this work consisted in the study of transport and intra-Canopy chemistry. In-Canopy chemical oxidation of isoprene was found to be weak and did not seem to have a significant impact on isoprene concentrations and fluxes above the canopy. The second field campaign is part of the ChArMEx (Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment) program. It took place on the remote site of Cap Corse, characterized by a strong diversity of plant species. The rich dataset obtained allowed the quantification and speciation of many BVOCs. A great contrast in the signature emissions was observed between the two study sites. Thus, while isoprene is responsible for over 90% of BVOCs in terms of concentrations at the O3HP, it represents only 35% of their total concentrations in Cap Corse. The remaining 65% are composed of many monoterpenes. These results have also highlighted the rapid chemistry of BVOCs and the importance of their contribution to the formation of secondary oxygenated compounds under intense photochemistry conditions, typical of the summertime in the Mediterranean basin. Biogenic BVOCs represented the dominant hydroxyl radicals sink at the O3HP as well as in Cap Corse. In the presence of NOx, the potential of the measured BVOCs to produce ozone has been estimated at about 10 ppbv on average.

Les changements climatiques mondiaux ont déjà affecté et continueront d’affecter la physiologie de la vigne, en particulier le rendement et la composition des baies à la récolte, et donc, en définitive, la qualité et la typicité des vins produits. Parmi les différentes stratégies possibles d’adaptation de la viticulture au changement climatique (modifications de l’encépagement, création de nouvelles variétés mieux adaptées aux conditions futures,...), le contrôle de la composition des baies à la récolte par le biais d’une modification des pratiques culturales et notamment par des manipulations de la canopée (rapport feuilles/fruits (Fe/Fr), manipulation de l’exposition des grappes, échardage) est certainement celle qui serait la plus rapide à mettre en œuvre.Ma thèse a pour but de rechercher le meilleur point de compromis entre diminution du taux de sucres et maintien de l’acidité, de l’accumulation des composés phénoliques et d’une complexité aromatique proche de l’actuelle, en réponse aux manipulations de canopée (rapport Fe/Fr, échardage) couplées ou non à l’application d’acide abscissique (ABA).Différents ratio Fe/Fr ont ainsi été étudiés sur le cépage d’étude Cabernet-Sauvignon en conditions semi-contrôlées en serre sur boutures fructifères puis au vignoble au sein d’une parcelle de production. L’analyse de la composition des baies en métabolites primaires et secondaires, réalisée lors de ces deux expériences, a permis de déterminer que le ratio 6 feuilles restantes par grappe était la valeur seuil en dessous de laquelle un effet sur les métabolites primaires est visible. Une diminution du taux de sucres a notamment été observée, également associée à la diminution de la concentration en anthocyanes totales qui sont particulièrement importantes dans la définition de la typicité des vins de Bordeaux. L’application d’ABA exogène sur les baies avant la véraison a permis de diminuer les effets négatifs de la modification du ratio Fe/Fr sur l’accumulation des anthocyanes et n’a pas montré d’impact sur la typicité des vins lors des dégustations des microvinifications réalisées au cours de cette étude. Ces résultats analytiques obtenus ont été couplés à des analyses transcriptomiques de type RNAseq et PCR quantitative en temps réel (Fluidigm) afin d’identifier les gènes clefs associés au voies métaboliques primaires et secondaires réagissant aux modulations du ratio Fe/Fr couplées ou non à l’ajout d’ABA. Ainsi, le couplage modulation du ratio Fe/Fr et application d’ABA exogène sur les baies serait une méthode potentiellement utilisable afin de réduire le taux de sucres et de maintenir une typicité bordelaise proche de l’actuelle.La caractérisation fonctionnelle d'un gène potentiellement associé à la voie de biosynthèse des méthoxypyrazines, impliquées dans le caractère végétal du raisin et du vin, a également été mise en œuvre. Différentes approches ont été testées et ont fourni des indices utiles, cependant les résultats obtenus sont encore en cours de confirmation. / Global climate changes have already affected and will continue to affect the physiology of grapevine, in particular the yield and berry composition at harvest, and thus ultimately the quality and typicality of the wines produced. Among the different possible strategies of adapting viticulture to climate change (changes varieties, creation of new varieties better adapted to future conditions,...), modulating berry composition at harvest through changing cultural practices, such as manipulations of the canopy (leaf / fruit ratio, grape exposure), may be a fast and efficient option as a short-term adaptation strategy.My thesis aims to find the best point of compromise between reducing the sugar level and, maintaining the acidity, phenolic compounds, and the aromatic complexity by the canopy manipulations (leaves / fruits ratio, secondary shoot removal), coupled or not with the application of abscisic acid.Different leaf / fruit ratios were studied on the Cabernet-Sauvignon cultivar in greenhouse and in vineyard within a plot of production. The berry composition analysis of primary and secondary metabolites, performed in these two experiments, made it possibleto determine that the ratio of 6 leaves remaining per cluster was the threshold value below which an effect on the primary metabolites is visible. A decrease in the sugar content was especially observed, also associated with a decrease in the concentration of total anthocyanins which are particularly important in the definition of the typicality of Bordeaux wines. The application of exogenous abscisic acid to the berries before veraison permitted to reduce the negative effects of the modification of the leaf-to-fruit ratio on the accumulation of anthocyanins and did not affect the typicality of the wines during the tastings of the microvinifications carried out during this study. These analytical results were coupled with transcriptomic analyses of RNAseq and real-time quantitative PCR (Fluidigm) to identify key genes associated with the primary and secondary metabolic pathways reacting to modulations of leaf-to-fruit ratio coupled or not with the addition of abscisic acid.Thus, the coupling modulation of the leaf-to-fruit ratio to the application of exogenous abscisic acid on the berries would be a usable method to reduce the sugar content and maintain a typicality of Bordeaux wines close to the current one.The functional characterization of a gene potentially associated with the biosynthetic pathway of methoxypyrazines, which are involved in vegetable character of grapes and wine, was also conducted. Different approaches have been tested and provided useful clues but the conclusive results are still under further confirmation.

Les systèmes de conditionnement des ambiances intérieures participent pour une part importante à la demande énergétique des bâtiments, notamment en été. L'objectif de cette étude est de définir par des simulations thermoaérauliques l'interaction du microclimat urbain avec le bâti et sa demande énergéti-que de climatisation dans le cas d'une rue canyon.<br />Le modèle choisi, de type zonal, nous permet de décrire les paramètres de température et de vitesse d'air dans la rue, avec un degré de précision intermédiaire entre la modélisation CFD fine et les appro-ches nodales simplifiées. L'ensoleillement et les inter-réflexions dans la rue sont ensuite modélisés par une méthode simplifiée, développée et appliquée à l'étude de la convection naturelle dans une rue. Les écoulements dominants dus au vent sont par ailleurs étudiés à partir de données expérimentales, sur la base desquelles un modèle simplifié est proposé, en conditions isothermes. Le couplage des effets du vent et de la convection naturelle a été étudié dans le cas d'une rue canyon sur 28 jours. Nous concluons sur l'importance de la modélisation thermoaéraulique pour la détermination de l'effet d'îlot de chaleur urbain, ainsi que la demande énergétique des bâtiments.

La modélisation inverse de la dispersion atmosphérique consiste à reconstruire les caractéristiques d’une source (quantité de polluants rejetée, position) à partir de mesures de concentration dans l’air, en utilisant un modèle direct de dispersion et un algorithme d’inversion. Nous avons utilisé dans cette étude deux modèles directs de dispersion atmosphérique SIRANE (Soulhac, 2000; Soulhac et al., 2011) et SIRANERISK (Cierco et Soulhac, 2009a; Lamaison et al., 2011a, 2011b). Il s’agit de deux modèles opérationnels de « réseau des rues », basés sur le calcul du bilan de masse à différents niveaux du réseau. Leur concept permet de décrire correctement les différents phénomènes physiques de dispersion et de transport de la pollution atmosphérique dans des réseaux urbains complexes. L’étude de validation de ces deux modèles directs de dispersion a été effectuée après avoir évalué la fiabilité des paramétrages adoptés pour simuler les échanges verticaux entre la canopée et l'atmosphère, les transferts aux intersections de rues et la canalisation de l’écoulement à l’intérieur du réseau de rues. Pour cela, nous avons utilisé des mesures en soufflerie effectuées dans plusieurs configurations académiques. Nous avons développé au cours de cette thèse un système de modélisation inverse de dispersion atmosphérique (nommé ReWind) qui consiste à déterminer les caractéristiques d’une source de polluant (débit, position) à partir des concentrations mesurées, en résolvant numériquement le système matriciel linéaire qui relie le vecteur des débits au vecteur des concentrations. La fiabilité des résultats et l’optimisation des temps de calcul d’inversion sont assurées par le couplage de plusieurs méthodes mathématiques de résolution et d’optimisation, bien adaptées pour traiter le cas des problèmes mal posés. L’étude de sensibilité de cet algorithme d’inversion à certains paramètres d’entrée (comme les conditions météorologiques, les positions des récepteurs,…) a été effectuée en utilisant des observations synthétiques (fictives) fournies par le modèle direct de dispersion atmosphérique. La spécificité des travaux entrepris dans le cadre de ce travail a consisté à appliquer ReWind dans des configurations complexes de quartier urbain, et à utiliser toute la variabilité turbulente des mesures expérimentales obtenues en soufflerie pour qualifier ses performances à reconstruire les paramètres sources dans des conditions représentatives de situations de crise en milieu urbain ou industriel. L’application de l’approche inverse en utilisant des signaux instantanés de concentration mesurés en soufflerie plutôt que des valeurs moyennes, a montré que le modèle ReWind fournit des résultats d’inversion qui sont globalement satisfaisants et particulièrement encourageants en termes de reproduction de la quantité de masse totale de polluant rejetée dans l’atmosphère. Cependant, l’algorithme présente quelques difficultés pour estimer à la fois le débit et la position de la source dans certains cas. En effet, les résultats de l’inversion sont assez influencés par le critère de recherche (d’optimisation), le nombre de récepteurs impactés par le panache, la qualité des observations et la fiabilité du modèle direct de dispersion atmosphérique. / The aim of this study is to develop an inverse atmospheric dispersion model for crisis management in urban areas and industrial sites. The inverse modes allows for the reconstruction of the characteristics of a pollutant source (emission rate, position) from concentration measurements, by combining a direct dispersion model and an inversion algorithm, and assuming as known both site topography and meteorological conditions. The direct models used in these study, named SIRANE and SIRANERISK, are both operational "street network" models. These are based on the decomposition of the urban atmosphere into two sub-domains: the urban boundary layer and the urban canopy, represented as a series of interconnected boxes. Parametric laws govern the mass exchanges between the boxes under the assumption that the pollutant dispersion within the canopy can be fully simulated by modelling three main bulk transfer phenomena: channelling along street axes, transfers at street intersections and vertical exchange between a street canyon and the overlying atmosphere. The first part of this study is devoted to a detailed validation of these direct models in order to test the parameterisations implemented in them. This is achieved by comparing their outputs with wind tunnel experiments of the dispersion of steady and unsteady pollutant releases in idealised urban geometries. In the second part we use these models and experiments to test the performances of an inversion algorithm, named REWind. The specificity of this work is twofold. The first concerns the application of the inversion algorithm - using as input data instantaneous concentration signals registered at fixed receptors and not only time-averaged or ensemble averaged concentrations. - in urban like geometries, using an operational urban dispersion model as direct model. The application of the inverse approach by using instantaneous concentration signals rather than the averaged concentrations showed that the ReWind model generally provides reliable estimates of the total pollutant mass discharged at the source. However, the algorithm has some difficulties in estimating both emission rate and position of the source. We also show that the performances of the inversion algorithm are significantly influenced by the cost function used to the optimization, the number of receptors and the parameterizations adopted in the direct atmospheric dispersion model.