Les aérosols troposphériques influencent la composition chimique de l’atmosphère, le bilan radiatif terrestre et le climat. Après formation, les aérosols subissent des processus de vieillissement altérant leurs propriétés microphysiques et chimiques. L’étude de l’impact environnemental des aérosols à différentes échelles spatio-temporelles doit donc tenir compte des transformations physico-chimiques. Les objectifs poursuivis sont : (i) d’étudier par microscopie analytique électronique à balayage et en transmission la composition élémentaire et l'état de mélange des particules atmosphériques prélevées lors d'épisodes de charge élevée en aérosol ; (ii) d’analyser les effets des propriétés microphysiques sur les caractéristiques optiques mesurées et restituées par télédétection ; (iii) de proposer un paramétrage ainsi qu’une représentation de la composition et de la structure des particules dans les algorithmes de télédétection. Ces travaux portent sur des observations dans le Nord de la France et en Afrique de l’Ouest (Sénégal) dans le cadre du Labex CaPPA et des campagnes de terrain SHADOW. Sont inclues des analyses complémentaires de la composition chimique et de la structure de particules individuelles, de mesures in situ et par télédétection de particules urbano-industrielles, désertiques et de biomasse prélevées en surface et à différentes altitudes. Une série de simulations numériques ont été utilisées dans le but d'analyser la sensibilité des observations par télédétection à l’état de mélange des aérosols. Enfin, l'intégration d'un paramétrage de la structure en "core-shell" des particules dans les algorithmes de restitution est présentée en perspective. / Tropospheric aerosols play an important role in atmospheric chemistry, Earth’s radiative budget and climate. After their generation, aerosol can suffer ageing processes and altering their physicochemical properties. An accurate accounting for these processes requires observations of the aerosol properties on different temporal and spatial scales. The current thesis work is dedicated to: (i) study of physicochemical properties and mixing state of individual particles by means of analytical scanning and transmission electron microscopy for aerosols collected during episodes of elevated aerosol loading; (ii) analysis of the effect of microphysical properties on optical characteristics as measured and retrieved by remote sensing; and (iii) investigation of possible parameterization of aerosol composition and structure in remote sensing algorithms. The work presents observations conducted in northern France and western Africa (Senegal) as part of Labex CaPPA project and SHADOW field campaigns. It includes simultaneous analyses of collected individual particles composition and structure, remote sensing and in situ observations of urban/industrial, Saharan dust and biomass burning particles near the surface and on different altitudes. A series of numerical simulation devoted to an analysis of sensitivity of remote sensing observations to aerosol mixing state is conducted. Insights on possible parameterization of aerosol core-shell structure in retrieval algorithms are finally presented.

Le palmier-dattier constitue une des rares cultures à vocation alimentaire adaptées aux conditions climatiques extrêmes (sécheresse, salinité), telles que rencontrées à Djibouti. Dans un contexte de ressources en eau fortement limitées, la connaissance des modalités de l’alimentation hydrique du palmier dattier est essentielle. L’objectif de ce travail de recherche est d’acquérir cette connaissance, dans le contexte pédoclimatique de Djibouti, par la réalisation d’un suivi in situ du fonctionnement hydrique du système sol-palmier, à l’échelle d’un individu, et la quantification du puits racinaire du palmier-dattier. Un palmier-dattier, pleinement développé, a été instrumenté à l’échelle de la cuvette d’irrigation, à l’aide de plusieurs tubes d’accès de sonde à neutrons, pour le suivi de la teneur en eau volumique du sol, et de plusieurs tensiomètres, répartis de 10 à 160 cm de profondeur. Trois expériences d’infiltration/redistribution a été réalisées successivement, la première sans altérer le fonctionnement du système sol-palmier, la seconde après avoir coupé le palmier, tout en permettant l’évaporation de la surface du sol, la dernière après avoir couvert la surface du sol afin d’empêcher l’évaporation. Les résultats mettent en évidence une forte hétérogénéité des propriétés hydriques du sol, avec une stratification liée au contexte sédimentaire littoral. L’impact du puits racinaire sur la dynamique hydrique du sol est observé jusqu’à 80 cm de profondeur. Pour la période fraîche, les besoins en eau du palmier dattier sont estimés à 130 L par jour, avec une fréquence d’irrigation d’une fois toutes les 2 semaines. Pour la première fois, le coefficient cultural du palmier dattier (kc = 1,39) a été établi dans les conditions climatiques de Djibouti. Les résultats obtenus contribueront à une meilleure gestion de l’irrigation et à une meilleure maîtrise du risque de salinisation du sol dans le contexte pédoclimatique de la République de Djibouti. / Date palm is one of the few food crops adapted to the extreme weather conditions (drought, salinity), such as encountered in Djibouti. In the context of highly limited water resources, knowledge of the date palm water requirements is essential. The objective of this research was to determine the date palm water requirements, in the Djibouti pedoclimatic context, using in situ monitoring of water transport in the soil-plantatmosphere system, at the scale of a single date palm tree, and to quantify the date palm root water uptake. A fully developed date palm tree was instrumented at the irrigation basin scale, using several access tubes for neutron probe for monitoring the soil volumetric water content, and several tensiometers, installed from 10 to 160 cm depth. Three infiltration/redistribution experiments have been performed successively, the first without alteration of the soil-plant system, the second after cutting off a date palm tree while allowing the surface evaporation, the last with covering the soil surface to avoid evaporation. The results show large heterogeneity in soil hydraulic properties, with stratification linked to the coastline sedimentary context. The root water uptake is observed up to 80 cm depth. The date palm water requirements in the fresh period are estimated at 130 liters per day with a frequency of irrigation of one time every two weeks. For the first time, the date palm cultural coefficient has been established in the Djibouti climatic conditions (kc = 1.39). The obtained results will contribute to better management of irrigation and to improve the control of soil salinization in the pedoclimatic context of the Republic of Djibouti.

Ces travaux de thèse présentent l'étude du forçage radiatif direct et semi-direct ainsi que les impacts climatiques associés, qu'exercent les particules d'aérosols désertiques et de feux de biomasse sur le climat régional ouest Africain pendant la saison sèche. Dans ce cadre, le modèle de climat régional RegCM3 a été utilisé en lien avec les observations in-situ des campagnes DABEX/AMMA-SOP0, les mesures photométriques (AERONET/PHOTONS) et satellitaires (PARASOL, MODIS, OMI et MISR). Le modèle RegCM3 configuré spécifiquement pour représenter les aérosols d'Afrique de l'ouest a été évalué au cours d'une simulation de la saison sèche 2006. Dans cette configuration, le modèle s'est montré capable d'estimer raisonnablement les quantités d'aérosols pour des applications climatiques et les variations d'albédo de simple diffusion. Pendant les mois de décembre et janvier, l'albédo de simple diffusion simulé au-dessus du Sahel se situe entre 0.81 et 0.83 (à 440 nm) quand les aérosols de feux de biomasse dominent le mélange atmosphérique. Pendant les mois de mars et avril, pour lesquels les aérosols désertiques dominent, l'albédo de simple diffusion simulé se situe entre 0.90 et 0.92 (à 440 nm). Le forçage radiatif direct au sommet de l'atmosphère (visible + infrarouge) est majoritairement négatif sur l'ensemble du domaine et compris entre -5.0 W/m² et -4.0 W/m². Sur le Sahara, le forçage radiatif direct TOA est proche de zéro (-0.15 W/m²). La grande divergence entre le forçage radiatif direct au sommet de l'atmosphère et en surface indique que l'absorption est importante au sein de l'atmosphère (forçage radiatif direct atmosphérique de +11.47 et +24.40 W/m² au-dessus du Sahara et du Sahel, respectivement). Du fait de leur albédo de simple diffusion relativement bas, les aérosols de feux de biomasse contribuent principalement à ce réchauffement atmosphérique. Ceci se traduit à l'échelle régionale par un taux d'échauffement radiatif atmosphérique (dans le visible) compris entre +0.2 et +0.6 K/jour en moyenne journalière dans la couche d'aérosol de feux de biomasse localisée entre 2 et 5 km. Deux simulations à plus longue échéance sur la période 2001-2006 ont été menées pour étudier les conséquences de ce forçage radiatif sur le climat régional pendant la saison sèche. Une simulation DUST (aérosols désertiques) et BBDUST (aérosols désertiques + aérosols de feux) sont réalisées en prenant en compte les rétroactions liées au forçage radiatif direct. L'important forçage radiatif en surface réduit l'énergie radiative disponible au sol. Ceci conduit à des perturbations significatives du bilan énergétique en surface. Au-dessus du Sahara, les réductions de flux de chaleur sensible sont proches dans les expériences DUST et BBDUST (respectivement -5.52 W/m² et -6.65 W/m²). Au niveau du Sahel en revanche, l'inclusion des aérosols de feux de biomasse diminue plus fortement le flux de chaleur sensible (-16.59 W/m² dans l'expérience BBDUST et -5.37 W/m² dans l'expérience DUST). La réponse du flux de chaleur latente est plus complexe et dépend à la fois de la localisation des sources d'aérosols et des espèces considérées. Ainsi, la réponse des champs de précipitations simulés due aux effets radiatifs direct et semi-direct des aérosols diffère fortement entre les deux expériences. Dans l'expérience DUST, les précipitations sont réduites sur la majorité du domaine avec une diminution maximum au centre du continent. Dans l'expérience BBDUST, les aérosols de feux de biomasse augmentent les précipitations pour cette sous-région. L'augmentation des précipitations semble reliée à une augmentation locale de l'activité convective au-dessus de 500 hPa sous l'effet d'un mécanisme de pompe thermique.

La direction des vents nourriciers, obtenue à partir des gradients granulométriques et des morphologies dunaires, semble avoir changé au cours du temps. Celle-ci est orientée O-E au Pléniglaciaire moyen, puis NO-SE au Pléniglaciaire supérieur, tandis qu’au Dryas récent la direction est plutôt SSO-NNE. Dans ce travail, l’hypothèse d’un changement de la saison à laquelle les sables sont remobilisés est privilégiée. Ainsi, par comparaison avec la distribution azimutale actuelle des vents à l’échelle de l’année et en accord avec les reconstitutions pour le LGM, il est suggéré qu’au Pléniglaciaire supérieur la déflation éolienne était décalée vers la saison estivale, c’est-à-dire après la phase de dégel des sols et de fonte de la neige. Au contraire, les orientations établies pour le Pléniglaciaire moyen et le Dyras récent refléteraient une déflation active en période hivernale. / Le Pleniglacial, the north-west during the Upper Pleniglacial, and from south-southwest throughout the Younger Dryas. Here, we connect changing wind directions to seasonal variations in aeolian transport. Comparing annual azimuthal distribution of current wind regimes with wind regime models for LGM suggests that during the Upper Pleniglacial the dominant aeolian transport season shifted towards the summer, i.e. after seasonally frozen ground thawed and snow cover melted. Conversely, Middle Pleniglacial and Younger Dryas wind regimes reflect a general deflation during the winter.

Les dépôts éoliens quaternaires du Bassin aquitain constituent un rare exemple de système éolien périglaciaire fossile loin des marges des grands inlandsis. L'étude de ce système permet d'appréhender l'expression de la dynamique éolienne dans une région située, au cours des stades gla- ciaires, à la charnière entre le domaine nord- européen sous influence du pergélisol continu et la ceinture semi-aride/aride à gel saisonnier du sud de l'Europe. L'étude de ces dépôts éoliens contribue enfin à améliorer la caractérisation des paysages auxquels les groupes paléolithiques du SO de la France ont été confrontés. Dans cette perspective, ce travail propose un bilan chronostratigraphique des accumulations sableuses plé- istocènes et holocènes dans le désert des Landes, ainsi qu'une analyse cartographique des principaux faciès éoliens du Bassin Aquitain. Le bilan est fondé sur l'étude stratigraphique détaillée (faciès sédimentaires, paléopédologie) de nombreuses coupes inédites et sur 75 dates numériques (OSL, ESR, 14C). La morphologie des édifices dunaires, l'organisation spatiale des faciès et leur origine sont abordées en combinant : 1) une étude cartographique des dunes à l'aide d'un SIG; 2) une étude géostatistique des variations d'épaisseur et des gradients granulométriques; 3) une étude géochimique (statistiques multivariées pour données compositionnelles) des dépôts loessiques et de leurs sources potentielles. L'histoire de l'erg landais qui en résulte s'avère être complexe. Cet erg s'installe dès le Pléistocène inférieur et des épandages sableux Pléistocène moyen ont été documentés, en accord avec les enregistrements en milieu loessique. Un cadre chronostratigraphique détaillé est établi pour le Pléistocène supérieur. La phase la plus ancienne (56-50 ka) correspond à des épandages sableux en contexte relativement humide, influencé par les variations du niveau de la nappe phréatique et associé à de vastes champs de rides barkhanoïdes ou transverses de faible ampleur (type zibars). Pendant cette phase, un gley tourbeux se développe et témoigne d'un épisode de diminution de la sédimentation sableuse (probablement GI-14), associé à une végétation steppique à graminées et armoises. Entre 50 et 25 ka les accumulations sableuses sont rares en réponse à l'éloignement du rivage lié à la baisse du niveau marin et/ou à cause d'une diminution de l'activité éolienne suite à l'installation d'un pergélisol. Entre 25 et 14 ka, de vastes épandages sableux se forment dans un contexte de plus en plus sec et cette phase correspond vraisemblablement à l'extension maximum du désert des Landes. Au Tardiglaciaire, la colonisation des sables par la végétation est tardive et la dynamique éolienne reste active tout au long du Bølling et jusqu'à la première partie de l'Allerød. L'installation d'une forêt boréale dans les Landes se produit à la fin de l'Allerød et se marque par le développement d'un podzosol juvénile. Au cours de la détérioration climatique du Dryas récent, des champs de dunes paraboliques s'édifient. Leur mise en place semble avoir débuté localement dès l'oscillation froide intra-Allerød. Pour le Pléistocène supérieur, les principaux facteurs qui ont contrôlé la distribution des faciès éoliens et le bilan sédimentaire ont pu être définis. D'un point de vue paléogéographique, l'erg aquitain apparait composé d'une mosaïque de dépôts éoliens d'âge différent : principalement Pléistoce ne moyen dans le Médoc, Pléniglaciaire moyen weichsélien au sud du Plateau Girondin et Pléniglaciaire supérieur dans le sud des Landes. La comparaison avec les enregistrements éoliens eu- ropéens (Pays-Bas, Angleterre, NO de la France, Espagne, Portugal) montre que le Bassin Aquitain présente de nombreuses affinités avec le SO de l'Europe. La modélisation spatiale de la granularité des dépôts éoliens et l'étude géochimique convergent vers une relation génétique entre les différents facie s éoliens. Les loess dérivent principalement de l'abrasion des sables. Seuls les loess de l'Entre-deux-Mers montrent une contribution d'origine fluviatile significative. La direction des vents nourriciers, obtenue à partir des gradients granulométriques et des morphologies dunaires, semble avoir changé au cours du temps. Celle-ci est orientée O-E au Pléniglaciaire moyen, puis NO-SE au Pléniglaciaire supérieur, tandis qu'au Dryas récent la direction est plutôt SSO-NNE. Dans ce travail, l'hypothèse d'un changement de la saison à laquelle les sables sont remobilisés est privilégiée. Ainsi, par comparaison avec la distribution azimutale actuelle des vents à l'échelle de l'année et en accord avec les reconstitutions pour le LGM, il est suggéré qu'au Pléniglaciaire supérieur la déflation éolienne était décalée vers la saison estivale, c'est-à-dire après la phase de dégel des sols et de fonte de la neige. Au contraire, les orientations établies pour le Pléniglaciaire moyen et le Dyras récent refléteraient une déflation active en période hivernale.