Les épidémies de grippe, dont le caractère saisonnier est désormais admis et prouvé, sont majoritairement étudiées par des équipes de recherche en santé publique. La composante saisonnière de ces épidémies sous-tend l'influence de paramètres climatiques, préalablement isolés par la méthode dite des types de temps. Une analyse fine des conditions climato-météorologiques a aboutis à la mise en lumière de " types de temps à grippe ". Si le climat joue un rôle important, d'autres facteurs liés à la promiscuité ou les réseaux de transports expliqueraient certainement les disparités régionales observées en termes d'incidence grippale. Après une discussion des facteurs jouant potentiellement un rôle dans l'augmentation de la vulnérabilité, nous avons aboutis à une cartographie de cette vulnérabilité. Dans un second temps, nous avons intégré certains de ces facteurs dans le cadre d'un modèle afin de prédire le taux d'incidence grippale : cet essai de modélisation semble concluant. Finalement, en croisant la carte d'exposition aux types de temps à risque avec celle de la vulnérabilité globale, il devient possible de cartographier le risque grippal en France métropolitaine. La conception géographique du risque devient dès lors complémentaire de celle employée en épidémiologie.

Etude du Delta de la Dranse (Bas Chablais) sous l'aspect : géologique, hydroclimatologique et hydrologique

Les modèles régionaux de climat (MRCs) permettent de simuler les écoulements atmosphériques sur une région limitée de la surface terrestre. Pilotés à leurs frontières latérales par des données à basse résolution provenant de modèles mondiaux (MCGs), ils permettent d'augmenter considérablement la résolution spatiale des simulations en vue de répondre au besoin grandissant d'évaluer les impacts régionaux reliés aux changements climatiques. Plusieurs études ont démontré que la taille du domaine régional est un paramètre pouvant affecter considérablement les résultats des simulations. En effet, le domaine doit être assez grand pour permettre le développement des fines échelles qui n'existent pas dans les conditions aux frontières latérales. D'un autre côté, une simulation effectuée sur un trop grand domaine peut montrer d'importantes différences avec les données de pilotage si aucun forçage des grandes échelles n'est appliqué à l'intérieur du domaine régional. Les effets reliés à la taille du domaine d'intégration d'une simulation MRC sont évalués selon le cadre expérimental du "Grand-Frère". L'expérience consiste d'abord à générer une simulation climatique à haute résolution (-45 km) sur un domaine continental couvrant la majorité de l'Amérique du Nord, sur 196x196 points de grille. Cette simulation de référence, le Grand-Frère (GF), est ensuite traitée à l'aide d'un filtre passe-bas ayant la propriété de conserver les plus grandes échelles de l'écoulement (approximativement ≥ 2160 km). La série de données ainsi obtenue, le Grand-Frère Filtré (GFF), possède un niveau de détails similaire à celui des données provenant des MCGs. On utilise alors le GFF pour piloter quatre simulations, les Petits-Frères (PFs), à l'aide du même modèle mais sur des domaines plus restreints et de tailles différentes qu'on notera PFl à PF4, et qui ont des dimensions respectives de 144x144, 120x120, 96x96 et 72x72 points de grille. Les résultats des PFs sont comparés avec le GF en cumulant les statistiques climatiques (moyenne temporelle et écart-type) sur quatre mois d'hiver, au-dessus d'une zone commune correspondant pratiquement à la province canadienne du Québec. De manière générale, les patrons (pression, vent, humidité relative et taux de précipitation) des PFs s'améliorent en corrélation spatiale par rapport au GF lorsque le domaine est réduit de 144x144 à 72x72. Cette tendance a aussi été observée pour la moyenne temporelle des fines échelles de l'écoulement. Toutefois, il a été observé que l'intensité de la variabilité transitoire (écart-type) de ces échelles pouvait être compromise par la proximité des frontières latérales par rapport à la zone d'intérêt. En effet, d'importantes sous-estimations ont été détectées, particulièrement du côté entrant du domaine, ce qui suggère l'existence d'une distance de "spin-up" se devant d'être parcourue par l'écoulement avant que celui-ci démontre des particularités de fines échelles. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Modèle régional de climat, Sensibilité à la taille du domaine, Petites échelles, Protocole du Grand-Frère.

L'objectif de la mise à l'échelle dynamique par les Modèles Régionaux du Climat (MRC) est de générer une variabilité spatio-temporelle de fine échelle à partir des champs à faible résolution. La plupart des MRC sont définis comme un problème de conditions aux frontières, où les Conditions aux Frontières Latérales (CFL) sont définies à partir des champs de pilotage à faible résolution. La variabilité interne des modèles régionaux met en question l'unicité de sa solution. Une petite différence, aux petites échelles des spectres des champs simulés, se propage vers les échelles plus grandes, et ajoute une composante aléatoire au signal forcé. Au même moment, l'advection de l'information prescrite par les conditions aux frontières latérales vers l'intérieur du domaine contraint la partie forcée de la solution du modèle. Par conséquent la variabilité spatio-temporelle générée par les MRC se compose d'une composante reproductible associée au forçage externe, i.e. le forçage exercé par l'extérieur sur l'atmosphère simulée, et d'une composante non-reproductible, associée à la variabilité interne. La présente étude examine comment un MRC partage sa variabilité spatio-temporelle entre les deux composantes. L'analyse est basée sur un ensemble de 20 simulations, effectuée par le Modèle Régional Canadien du Climat (MRCC) pour une saison d'été. Les simulations sont pilotées par les réanalyses NCEP. La composante reproductible est identifiée par la moyenne d'ensemble tandis que la composante non-reproductible est échantillonnée à partir des déviations des membres de l'ensemble par rapport à la moyenne d'ensemble. Quand les champs instantanés sont étudiés, les résultats montrent que la variabilité interne dépend fortement de l'échelle spatiale; les plus petites échelles sont les plus affectées. Aux grandes échelles de l'ordre de 1000km, la composante reproductible est beaucoup plus grande que la composante non-reproductible. Par contre, aux échelles de l'ordre de 100km, la composante non-reproductible n'est plus négligeable. Les profils verticaux de la reproductibilité indiquent que, dans l'ensemble étudié, le forçage par la surface ne contraint pas la circulation du modèle considérablement. La distribution géographique montre, pour les grandes échelles de toutes les variables, le même patron spatial de la reproductibilité: La reproductibilité est en général grande à proximité des frontières d'entrée et elle diminue en aval. La distribution spatiale de reproductibilité des petites échelles suit principalement celle des grandes échelles, mais les valeurs sont considérablement plus petites. De même, la variation temporelle de la reproductibilité des petites échelles est relativement bien synchronisée avec celle de la reproductibilité de grandes échelles. Cela implique que les reproductibilités des grandes et petites échelles sont liées. L'analyse des moyennes saisonnières montre que la composante reproductible domine le spectre entier. Cependant, aux échelles plus petites que 200km, la composante non-reproductible devient non négligeable. Additionnement, la variabilité spatiale du MRCC aux grandes échelles est en moyenne légèrement surestimée par rapport aux analyses objectives près de la surface. Par contre, elle est sous-estimée dans la troposphère supérieure. Ceci justifie le besoin d'appliquer le pilotage des grandes échelles à l'intérieur du domaine du MRCC. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Modèles Régionaux du Climat, Variabilité interne, « Dynamical downscaling ».

Deux méthodes de mise à l'échelle statistique sont évaluées sur une station située au Burkina Faso afin de générer une information climatique pertinente au niveau local, en terme de climat moyen et des principales caractéristiques de variabilité et d'extrême du régime de précipitation. Les deux méthodes de régression multi-linéaire SDSM et ASD analysées reposent sur le principe que des relations empiriques entre certaines variables atmosphériques à grande échelle issues des réanalyses ou des Modèles Climatiques globaux (MCGs), variables dénommées prédicteurs, et des paramètres climatiques locaux (ex. précipitation) peuvent être établies. En mode réanalyse, le travail a consisté, d'une part, à partir de variables synoptiques de NCEP, à analyser (i) l'intérêt d'utiliser une gamme plus vaste de prédicteurs dérivés et sur plus de niveaux verticaux dans l'atmosphère, et (ii) l'intérêt d'utiliser une sélection des prédicteurs sur une base mensuelle versus annuelle. D'autre part, en mode climat, à partir de variables synoptiques issues de deux MCGs (CGCM2 et HadCM3), l'évaluation a porté sur l'utilisation de ces modèles climatiques mondiaux afin de générer une information climatique plausible et utile à l'échelle locale dans le but ultime de générer des scénarios climatiques pertinents pour les études d'impacts en milieu sahélien. En mode réanalyse, le fait de considérer un plus vaste ensemble de prédicteurs et plus de niveaux atmosphériques, a permis de réduire les biais de l'ensemble des critères statistiques/climatiques comme la moyenne quotidienne, la variabilité intra-saisonnière, les indices d'intensité et d'extrêmes, et l'indice des dates de début, de fin et de longueur de mousson. De plus, avec cette nouvelle configuration, les deux modèles de mise à l'échelle sont en mesure de reconstruire une partie des changements observés dans le régime de précipitation (i.e. diminution de la quantité totale de pluie et de la fréquence du nombre d'événements pluvieux). Si dans la majorité des cas ASD performe mieux que SDSM avec un choix restreint de prédicteurs, les différences entre les modèles diminuent en utilisant un plus grand choix de prédicteurs, et en sélectionnant ceux-ci sur une base mensuelle. Dans ce dernier cas, les incertitudes sur la valeur médiane et la moyenne des indices de précipitation, notamment au coeur de la saison pluvieuse et à la fin de celle-ci, sont réduites par rapport aux autres simulations. Avec les prédicteurs des MCGs, notamment le modèle HadCM3, la simulation de l'ensemble des indices est systématiquement améliorée par rapport aux valeurs équivalentes issues des variables brutes des MCGs, aussi bien avec SDSM que ASD, notamment l'occurrence des jours de pluie, la variabilité intra-saisonnière, les indices d'intensité et d'extrêmes. Par contre l'utilisation des prédicteurs CGCM2 dans la mise à l'échelle statistique ne permet pas d'améliorer systématiquement tous les indices analysés par rapport aux données brutes de ce MCG. Quoi qu'il en soit, notre étude a permis de montrer qu'avec des prédicteurs relativement bien reproduits à grande échelle par les modèles globaux, les distributions quotidiennes de précipitation étaient plus plausibles à l'échelle locale, en dépit des difficultés à simuler adéquatement les extrêmes (i.e. largement surestimés surtout avec le CGCM2). Dans l'avenir, d'autres analyses devront inclure des prédicteurs des modèles globaux ou régionaux, telles que suggérés avec les réanalyses NCEP (i.e. autres niveaux, variables et résolution temporelle), ainsi qu'à l'aide d'autres méthodes non-linéaires en lien avec les particularités physiques à l'échelle régionale et locale. Ceci contribuera ultimement à générer des scénarios plus plausibles à ces échelles, d'autant que la mousson Ouest Africaine est influencée naturellement par des téléconnections variées à l'échelle globale et régionale. L'usage de cette information climatique pour des applications locales pourrait ainsi être amélioré, en lien avec les besoins des études d'impacts et de vulnérabilité dans le domaine agropastoral, humain et de la modélisation environnementale. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : ASD, SDSM, NCEP, MCG, Variabilité interannuelle, Mousson ouest africaine, Prédicteurs, Indices de précipitations, Mise à l'échelle statistique.

L'Afrique de l'Ouest (AO) est une région continentale des tropiques caractérisée par une intense variation des précipitations. Les études récentes ont permis d'améliorer la compréhension de la dynamique de la mousson africaine. Ces études ont contribué à la sécurité alimentaire, à la santé publique et à la stabilité politique de la région. L'AO est touchée par des aléas climatiques extrêmes, notamment les sécheresses et les inondations, qui affectent principalement les populations majoritairement rurales. Les conséquences socioéconomiques et sanitaires (p. ex., la famine et les épidémies) ont des impacts énormes sur le quotidien des populations. Les options d'adaptation ont été prises, mais s'avèrent insuffisantes pour la sécurité alimentaire, les ressources en eau et les problèmes de santé. Ces changements poussent de nombreuses personnes à se déplacer vers des régions sécuritaires. Les études ont montré une variation significative du climat passé, actuel et futur de l'Afrique. Ces changements futurs projetés auront des effets importants sur les différents secteurs tels l'économie, la politique et la santé. Par conséquent, une meilleure connaissance des projections climatiques s'impose. Ainsi, les modèles climatiques globaux (MCG) sont utilisés pour étudier et faire des projections du climat de l'AO. La résolution spatiale des MCG est acceptable pour étudier la circulation et les changements climatiques à l'échelle planétaire, mais insuffisante à l'échelle régionale. Compte tenu de ces insuffisances, des études récentes ont été effectuées avec les modèles régionaux du climat (MRC). Les MRC sont toutefois sensibles aux conditions initiales, aux frontières latérales, à la région et à la taille du domaine. Dans la poursuite d'études précédentes sur la variabilité inter-membre, cette étude évalue les simulations effectuées avec le Modèle Régional Canadien du Climat version 5 (MRCC5), quant à l'habileté du modèle à reproduire le climat observé, ainsi que la sensibilité des simulations à la localisation du domaine de calcul. Un ensemble de quatre simulations a été réalisé pour l'année 2006, avec une résolution horizontale de 22 km (0.2°). Les simulations se distinguent les unes des autres uniquement par la localisation géographique du domaine d'intégration. Pour les précipitations, les résultats montrent que les zones convectives sont les plus sensibles à la localisation du domaine, révélant que la position du domaine influence les résultats. En général, le MRCC5 représente bien la distribution spatiale des précipitations et sa variabilité inter-saisonnière. Les faiblesses principales sont la surestimation des précipitations sur la Côte de Guinée, mais une sous-estimation dans le Sahel. Les températures simulées par le MRCC5 sont semblables à celles des réanalyses, mais la bande de température chaude dans le Sahara est plus étroite et s'étend moins vers le nord. L'advection de l'air froid d'Europe est plus forte dans les simulations que les réanalyses. Le MRCC5 présente un biais froid sur Fouta Djalon, le plateau de Jos, le massif du Hoggar et les montagnes camerounaises. Il faut remarquer que, pour le champ de température, la variabilité à la localisation du domaine (VL) est inférieure à la variabilité transitoire (VT), contrairement au cas des précipitations où elles étaient du même ordre de grandeur. Ce qui suggère que les conditions aux frontières latérales limitent la croissance de la VL de la température, mais contrôlent peu les précipitations. ______________________________________________________________________________

La variabilité interne (VI) est une propriété des systèmes chaotiques qui fait que des simulations numériques lancées de conditions initiales différant même de façon minime entre elles, vont éventuellement diverger dans le temps. Des études antérieures ont montré que la VI d'un modèle régional du climat (MRC) avait un caractère épisodique dépendant des conditions synoptiques du moment. Ce projet a pour but principal de vérifier l'hypothèse selon laquelle les maxima notés dans la variation temporelle de la VI sont dus à la croissance rapide des perturbations développées dans des régions atmosphériques dynamiquement instables. L'élément déclencheur est représenté par des instabilités hydrodynamiques résultant de conversions barocline ou barotrope d'énergie. Pour décrire l'espace instable des perturbations, nous avons fait appel à la technique des vecteurs singuliers (VS). Un ensemble de 21 simulations qui diffèrent seulement dans les conditions initiales a été réalisé sur le continent nord-américain et la VI a été exprimée en termes d'énergie totale des perturbations par rapport à une simulation de référence. Plusieurs séries de VS ont été calculées pour trouver les perturbations avec la plus rapide croissance linéaire par rapport à la norme de l'énergie totale sur une période de 36 heures. L'analyse de la variation totale en 36 heures a montré que la croissance associée au maximum principal de VI était expliquée dans une proportion de 73% par les dix premiers VS et dans une proportion de 51 % par le "premier" VS, c'est à dire celui croissant le plus rapidement. Les VS ainsi identifiés avaient des structures de petite échelle spatiale, de forts taux de croissance dans le temps, et ils se développaient à l'intérieur d'un environnement constitué de perturbations matures avec des faibles taux de croissance. Pour un épisode de forte VI, une très grande ressemblance a été trouvée entre la structure des perturbations dans les simulations du MRCC et le VS avec la croissance la plus rapide après 24 à 36 heures d'intégration du modèle linéaire tangent. Au temps initial, le premier VS avait une structure verticale inclinée vers ouest et l'énergie totale était dominée par la composante de l'énergie potentielle. Au temps final, cette inclinaison avait beaucoup diminué et l'énergie totale était alors dominée par l'énergie cinétique, indiquant que la conversion barocline représentait le processus dominant dans l'augmentation de la VI pour cette période. Pour d'autres périodes dominées par les sources d'instabilité, le pourcentage de la variation totale en 36 heures expliqué par les 4 ou 5 premiers VS variait entre 36% et 85%. Toutefois, dans ces cas, le pourcentage n'était pas dominé par le premier VS. Nous avons montré également que dans les périodes dominées par le transfert de VI à l'extérieur du domaine, la projection sur les VS était très petite malgré la présence de sources de VI à l'intérieur du domaine d'analyse. Le fait que ces sources de VI ne soient pas représentées par les plus rapides VS indique qu'elles peuvent être causées par des processus non linéaires et qu'un nombre plus grand de VS est nécessaire pour leur décomposition. Le dernier volet de cette thèse étudie la possibilité d'utiliser le premier VS pour estimer les variations temporelles de la VI dans les simulations d'un MRC. Nos résultats montrent que le premier VS à lui seul ne permet pas d'anticiper des périodes caractérisées par une forte croissance de la VI dans les simulations du modèle. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Variabilité interne, modèle régional du climat, vecteur singuliers, modèle linéaire tangent, instabilité hydrodynamique.

Cette thèse vise à rechercher les configurations expérimentales optimales pour étudier la réponse des Modèles Régionaux du Climat à aire limitée (MRC) face à des perturbations de leurs paramètres. Le travail est présenté en deux parties. La première partie aborde le cas d'une comparaison entre les simulations provenant d'un MRC, où un événement météorologique ou saisonnier est mis à l'échelle dynamiquement à partir de données observées (réanalyses). Cette situation implique l'utilisation de périodes d'intégration relativement courtes. Par conséquent, la réponse obtenue dans les moyennes temporelles des simulations par rapport à des modifications aux paramètres a tendance à être noyée dans le bruit quasi-aléatoire provenant de la dynamique chaotique du MRC. La possibilité d'augmenter le rapport signal-bruit par l'application du pilotage spectral ou par une réduction de la taille du domaine est étudiée. L'approche adoptée consiste à analyser la sensibilité des moyennes saisonnières du MRC Canadien (MRCC) face à des perturbations sur deux paramètres variés un à un. Le premier contrôle la convection profonde tandis que le second régit la condensation stratiforme. Les résultats montrent que l'ampleur du bruit diminue avec la réduction de la taille du domaine ainsi que par l'application du pilotage spectral. Toutefois, la réduction de la taille du domaine produit aussi des altérations statistiquement significatives de certains signaux, ce qui favorise l'utilisation de pilotage spectral. La deuxième partie de cette thèse aborde le cas d'une comparaison entre deux simulations d'un MRC en termes du climat simulé. À cet effet, un cadre théorique est développé pour le calcul des statistiques de premier et second ordre sur la différence entre les simulations. Les statistiques de la différence sont décomposées en une composante déterministe et reproductible contrainte par les conditions aux frontières et une composante de bruit provenant de la dynamique interne du MRC. Certaines questions reliées à l'estimation de la différence des moyennes temporelles entre les simulations sont développées en détail. Par exemple, un partage optimal des ressources informatiques entre la taille d'un ensemble et la longueur de la période d'intégration, ou encore l'impact de la t aille du domaine et du pilotage spectral sur l'estimation de la réponse du modèle. Une application de ces considérations théoriques est illustrée à partir de la réponse des simulations du MRCC dont un paramètre lié à la convection profonde a été perturbé. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : modèle régional de climat, perturbation des paramètres, ensemble, composante reproductible, pilotage spectral, taille du domaine, différence de moyennes.

La présente étude vise d'une part à comprendre l'état et le fonctionnement du pergélisol de montagne dans le contexte d'un massif cristallin très peu englacé (massif du Combeynot, Hautes Alpes), et d'autre part à en restituer la répartition et l'évolution à des échelles de temps et d'espace variables. Tout d'abord, les dispositifs de suivi du pergélisol, aidés par la succession de trois années contrastées en termes nivo-météorologiques, ont révélé les particularités du fonctionnement thermique de la surface du glacier rocheux de Laurichard. La spatialisation des températures de surface en hiver montre ainsi clairement l'effet de la canicule de l'été 2003 et de l'hiver 2003-2004, fortement et précocement enneigé, ce qui a nettement limité le refroidissement hivernal du sol. Cette relation avec l'enneigement, particulièrement en début d'hiver, ressort également de l'analyse comparée des vitesses d'écoulement du glacier rocheux et des données climatiques au cours des 20 dernières années. A l'échelle de l'ensemble du massif, la relation climat/pergélisol a été abordée par un modèle statistico-empirique rendant compte de l'influence des conditions topoclimatiques sur le pergélisol. Des études de cas menées sur quatre vallons du massif ont toutefois révélé que le contexte géodynamique local et son évolution au cours du Quaternaire sont, à l'échelle du versant et du bassin-versant, primordiales dans la répartition et l'état du pergélisol. Enfin, le réchauffement climatique récent semble avoir eu pour effet une accélération des vitesses de fluage du pergélisol, qui pose la question de la stabilité des versants gelés en cours de dégradation.

Le terme « excès » possède, dans notre thèse, un sens plus large que dans sa définition usuelle. L'excès est perçu par l'existence de dommages et marque la synergie entre un phénomène météorologique menaçant (le temps fort) et les vulnérabilités.<br />La disposition du relief auvergnat favorise une plus grande fréquence des temps forts pluviométriques sur les bordures montagneuses occidentale et méridionale de la région, tandis que l'espace intérieur (Limagnes, vallées de la Loire et de l'Allier entre autres) n'est que rarement concerné par les fortes chutes d'origines océanique et méditerranéenne. Toutefois, en raison d'une plus grande vulnérabilité des bas-pays urbanisés, les excès sont nettement plus nombreux dans les bassins qu'en montagne. Ces bassins sont, en plus, parfois affectés par des transferts de crues issus des espaces montagnards.<br />L'analyse des systèmes perturbés générant les temps forts est effectuée soit d'une manière classique par l'étude des cartes isobariques ou encore par utilisation de l'imagerie satellitaire et radar. L'imagerie radar s'avère déterminante pour comprendre l'évolution des systèmes cévenols et orageux. Bien sûr, les excès les plus graves se produisent lorsque les temps forts touchent directement les espaces urbains ou lorsque les transferts de crues les plus importants atteignent les bassins.<br />L'ensemble du travail aboutit sur une identification de onze territoires possédant des caractères originaux au niveau des vulnérabilités, de la fréquence et de la nature des temps forts ainsi que de l'importance des excès.