L'interaction entre le vent solaire (VS) et la magnétosphère (MSP) terrestre se fait par l'intermédiaire de la magnétopause (MP). Le VS éjecté du Soleil, voyage transportant avec lui le champ magnétique interplanétaire (CMI). Ce dernier interagit avec le champ géomagnétique provoquant le phénomène de reconnexion magnétique (RM). La RM permet l'entrée d'une grande quantité de particules du VS dans la MSP. Si le CMI est dirigé vers le nord, la RM peut avoir lieu à haute latitude, mais n'est pas assez efficace pour justifier la quantité de plasma typique du VS, observée par les satellites à l'intérieur de la MSP. En outre, dans les cas où le CMI est dirigé vers le nord, la formation d'une couche de mélange est observée à basse latitude. Les tourbillons de Kelvin-Hemholtz (KH) fournissent un mécanisme efficace pour la formation d'une couche de mélange à la MP. Les simulations numériques montrent que l'évolution temporelle de l'instabilité de KH dépend fortement des profils initiales à grande échelle. La comparaison des données spatiales et des simulations numériques est donc d'une importance fondamentale dans ce contexte. Les principaux résultats obtenus au cours de ce travail sont la caractérisation de la turbulence à l'intérieur des tourbillons de KH, ainsi que des événements de RM à petite échelle; la sélection d'un événement où nous avons une combinaison des données des satellites avant et après KHI se développe; l'observation d'un décalage entre les profils de densité et de vitesse et constat que ce décalage initial entraîne une évolution différente de la simulations numériques qui est en accord avec les observations satellites. / Solar Wind (SW) and the Earth's magnetosphere interaction is mediated by the magnetopause. The SW carries with it the Interplanetary Magnetic Field (IMF) which interacts with northwards geomagnetic field lines causing magnetic reconnection (MR) events that make SW particles to be tranferred into the Earth's magnetosphere. If the IMF is directed northward, MR takes place at high latitude, but it is not efficient enough to justify the amount of SW plasma observed by satellites inside the magnetosphere. During northwards conditions one observe the formation of a wide boundary layer (BL) at the low latitude. This BL is thought to be driven by the the Kelvin-Helmholtz instability (KHI) , originating from the velocity shear between SW and the almost static near-Earth plasma. Numerical simulations (NS) have shown that the long time evolution of the KHI depends strongly on the initial large scale field profiles used as initial conditions. In order to make a further step towards the comprehension of this complex system, it is imperative to combine satellite data and NS. The idea here is to initialize NS by using in-situ observations of the main field profiles since only a correct initialization can reproduce the correct dynamics. The main results achieved in this work are: characterize the turbulence inside KH vortices and the small scale MR; select one event where there is a combination of a satellite measurements before and after KH develops, find that density and velocity profiles are shifted by a distance comparable to their shear lengths and that this initial shift cause a different evolution of the KHI leading to a final state in agreement with satellites observations.

La variabilité et la dynamique de l'upwelling côtier du Nord du Pérou au Sud du Chili (50°S) et des courants associés (CPCC Chile Peru coastal Current et PCUC Peru-Chile Undercurrent) ont été étudiées à l'aide de données satellites et de modèles numériques. Les caractéristiques des variations le long de la côte sont séparées par une zone de transition autour de 20°S où les vents, l'upwelling et le PCUC sont particulièrement faibles. Les origines des eaux du PCUC et de l'upwelling ont également été étudiées à l'aide d'outils lagrangiens et les transports ont été quantifiés. Trois sources ont été identifiées : l'EUC (Equatorial Undercurrent), les SSCC (Southern Sub-Surface Counter Current) et une troisième source au Sud du Chili, liée à l'ESPIW (Eastern South Pacific Intermediate Water).

La vapeur d'eau est un constituant essentiel de l'atmosphère ayant un rôle sur la température à la surface de la terre et un impact sur la couche protectrice d'ozone. Les concentrations de vapeur d'eau en stratosphère (~12 à 50 km d'altitude) ont cependant montré de fortes tendances avec des désaccords importants entre les instruments. La première partie de cette thèse contribue à l'évaluation d'instruments récents dans la haute troposphère et basse stratosphère tropicale. Il s'avère que des biais importants entre les instruments et des variabilités différentes persistent empêchant de combiner les données pour fournir de longues tendances. Néanmoins, certains instruments peuvent être utilisés dans des études scientifiques. La seconde partie de cette thèse s'est focalisée sur les mécanismes introduisant de la vapeur d'eau en basse stratosphère pouvant expliquer une part des tendances observées. Parmi eux, les échanges méridiens quasi-horizontaux et adiabatiques entre la troposphère (0-12 km d'altitude) subtropicale et la stratosphère des moyennes latitudes encore peu documentés font l'objet de cette thèse. Ainsi un modèle adiabatique est adapté pour transporter l'eau sous ses trois phases avec un module de microphysique simplifié. Plusieurs initialisations du champ de vapeur d'eau sont testées. Puis le modèle est utilisé pour quantifier un cas d'étude au-dessus de l'Europe. Le modèle s'avère capable de reproduire les cirrus observés et montre que ce type d'apport de vapeur d'eau est aussi important que ceux liés à la mousson ou à la convection profonde.

Ce travail de thèse explore la dynamique à sousmésoéchelle sur le plateau continental du golfe de Gascogne. Dans la première partie, les caractéristiques des processus à sousmésoéchelle sur le plateau sont identifiées à l’aide de données satellites à haute résolution de température de surface de la mer issues du capteur MODIS. Une détection des fronts est réalisées à l’aide d’exposants de singularité, une approche récente pour identifier les irrégularités dans les champs de SST. Les résultats sont complétés par des simulations numériques à 2.5 km de résolution spatiale. Trois types principaux de fronts sont présentés : i) les fronts de marée le long de la côte et plus marqués dans la région d’Ouessant; ii) les fronts au niveau du talus continental liés à l’activité des ondes internes; iii) les fronts d’eaux dessalées aux limites des panaches de rivières en hiver. Dans la seconde partie, un modèle hydrodynamique réaliste du golfe de Gascogne a été mis en place. Cette configuration a une résolution spatiale de 1 km et 40 niveaux verticaux sigma. Un diagnostic est basé sur l’hypothèse que les processus à sousmésoéchelles résultent d’instabilités baroclines. L’énergie potentielle disponible est ainsi convertie en énergie cinétique tourbillonnaire avec des échelles temporelles O(1) jour ou moins grâce à ces processus. L’activité est plus intense dans la région d’Ouessant et les régions côtières en été. En hiver, ces processus ont une échelle temporelle O(1) jour (∼ 30 heures). Ces échelles temporelles sont un indicateur de la présence d’instabilités baroclines à sousmésoéchelle à proximité du panache. / This thesis explores the submesoscale dynamics in the Bay of Biscay continental shelf. In the first part, submesoscale features over the shelf are identified using remotely sensed high resolution sea surface temperature (SST) images by MODIS. Front detection is achieved through singularity exponents, a novel method of calculating irregularities on the SST fields, and an index for the frontal activity is generated. Results are complemented with 2.5 km horizontal resolution numerical simulations. Three main types of fronts are presented: i) tidal mixing fronts along the coast and most significantly in the Ushant region; ii) shelf break front related to internal tidal wave activity; iii) fresh water fronts along the edge of the river plumes in winter. In the second part, a realistic hydrodynamical model of Bay of Biscay is set up. The model has a 1 km horizontal resolution and 40 σ vertical layers. Diagnostics is based on the assumption that the submesoscale features in the upper ocean are the result of baroclinic instabilities. Available potential energy (APE) is then converted to eddy kinetic energy (EKE) in time scales in O(1) day or less through this process. Activity increases in the Ushant region and the coastal regions in summer, whereas, in winter, activity in the vicinity of the fresh water plumes dominates. In summer, EKE conversion time scale in this region is ∼ 5 days, which can be considered shorter than mesoscale. In winter, they have a time scale of O(1) (∼ 30 hours). This is an indicator that the submesoscale baroclinic instability is happening at the plume.

Ce travail de thèse consiste au développement de méthodes statistiques pour détecter des com- portements anormaux dans les données fonctionnelles que produit le satellite tout au long de sa vie. Un premier travail a été de comprendre comment mettre en évidence les anomalies grâce à des projections sur des bases de fonctions. En complément de cette revue des projections, nous avons appliqué plusieurs méthodes de détection d’anomalies, telles que la One-Class SVM et le Local Outlier Factor (LOF). En plus de ces deux méthodes, nous avons développé notre propre méthode pour prendre en compte la saisonnalité des courbes que nous considérons. En se basant sur cette étude, nous avons développé une nouvelle procédure pour sélectionner automatiquement les coefficients les plus intéressants pour la détection d’anomalies dans un cadre semi-supervisé. Notre méthode est une procédure de tests multiples où nous appliquons un test à deux échantillons à tous les niveaux de coefficients. Nous nous sommes également intéressés aux covariances des télémesures entre elles pour la détection d’anomalies. Pour cela, nous cherchons à comparer les covariances entre un groupe de télémesures pour deux journées, ou périodes consécutives. Nous avons appliqué trois tests sta- tistiques ayant des angles d’approche différents. Nous avons également développé dans ce but un nouveau test asymptotique. Outre la démonstration de la convergence de notre test, nous démontrons par des exemples que ce test est dans la pratique le plus puissant sur les données dont nous disposons. Dans cette thèse, nous avons abordé plusieurs aspects de la détection d’anomalies dans les données fonctionnelles issues des satellites. Pour chacune des méthodes, nous avons pu détecter toutes les anomalies, améliorant sensiblement le taux de fausses alarmes. / In this PhD, we have developed statistical methods to detect abnormal events in all the functional data produced by the satellite all through its lifecycle. The data we are dealing with come from two main phases in the satellite’s life, telemetries and test data. A first work on this thesis was to understand how to highlight the outliers thanks to projections onto functional bases. On these projections, we have also applied several outlier detection methods, such as the One-Class SVM, the Local Outlier Factor (LOF). In addition to these two methods, we have developed our own outlier detection method, by taking into account the seasonality of the data we consider. Based on this study, we have developed an original procedure to select automatically the most interesting coefficients in a semi-supervised framework for the outlier detection, from a given projection. Our method is a multiple testing procedure where we apply the two sample-test to all the levels of coefficients.We have also chosen to analyze the covariance matrices representing the covariance of the te- lemetries between themselves for the outlier detection in multivariate data. In this purpose, we are comparing the covariance of a cluster of several telemetries deriving from two consecutive days, or consecutive orbit periods. We have applied three statistical tests targeting this same issue with different approaches. We have also developed an original asymptotic test, inspired by both first tests. In addition to the proof of the convergence of this test, we demonstrate thanks to examples that this new test is the most powerful. In this PhD, we have tackled several aspects of the anomaly detection in the functional data deriving from satellites. For each of these methods, we have detected all the major anomalies, improving significantly the false discovery rate.