Ancrée dans le développement des alternatives biologiques à l'industrie chimique, la culture de microalgues et cyanobactéries semble être une source de nutriments durable et de qualité pour l'alimentation humaine. La biodiversité terrestre représente au minimum 300 000 espèces de microorganismes photosynthétiques dont seulement une vingtaine est actuellement cultivée à échelle industrielle. Parmi ces souches méconnues, Aphanizomenon flos aquae (AFA) semble, à ce jour, une des plus prometteuses. L'objectif de cette thèse a été d'étudier son potentiel industriel et de façon plus générique, de développer une méthodologie et des technologies associées permettant la mise en culture optimisé. Dans un premier temps, un photobioréacteur de criblage (EOSS2) a été développé afin de permettre l'expérimentation du milieu de culture, de la température, de différentes souches, du taux de dilution et du flux incident sur 6 PBR automatisés et contrôlés.Dans une seconde partie, une méthodologie de design de milieu de culture a été dégagée, afin de permettre la détermination des paramètres optima de la souche étudiée en conditions de culture photolimitées. Puis, une étude a été réalisée afin d'étudier le comportement de la souche face à la lumière, via l'expérimentation mais aussi la modélisation de la productivité en fonction des conditions d'illumination. Au final, un milieu de culture optimisé pour la production a été créé pour AFA. Puis la température optimale et pH ont été évalués à une valeur de 20ºC et 8,5 respectivement. Une forte sensibilité à la dérive de ces paramètres a été révélée. Pour finir, la productivité maximale obtenue durant ces travaux est de 1,5 g.m-2 .j-1. / Included in the development as biological alternatives of chemical industry, cyanobacteria and mlcroelgae culture show high potential for a new sustainable and quality source for human nutrition. Earth biodiversity gathers around 300 000 species of photosynthetic microorganisms and only about twenty are currently cultivated at an industrial. scale. Among these unknown species, Aphanizomenon fios aquoe (AFA) this strain shows great promises. The aim of this work is to study industrial potential of this strain and, more generally, develop methodology and permit culture optimisation of unknown strain. First of all, a screening photobioreactor (EOSS2) has been developed to allow experimentation on culture medía, temperatures, strains, dilution rates and incident light flux. lt is composed of 6 PBR fuly automated and controlled . Secondly, a methodology for culture medium composition has been put in place. ln order to determinate optimum parameters of the strain ln photoíimitation. Then a study of strain behaviour face to light through experimentation and productivity model, depending on light illumlnatlcn regime. As a result, optimised culture medium for production of biomass has been created. Then, the optimal temperature and pH have been estimated at 20ºC and 8.5, respectively. However, a high sensitivity to variation of these two parameters has been Identified. To finish, the maximal productivity obtained during this work has been reached at 1,5 g.m-2 .j-1.

Le développement des activités humaines a engendré et engendre encore d’importants rejets d’espèces gazeuses et particulaires dans l’atmosphère. Parmi ces rejets, des gaz à effet de serre contribuent à augmenter la température moyenne du globe, on parle de forçage anthropique. Cette élévation impacte les différentes composantes du système climatique. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’atmosphère. La thèse, pluridisciplinaire, cherche à répondre à deux questions : le forçage anthropique peut-il influencer la circulation atmosphérique et plus précisément, sa variabilité, et peut-il avoir des conséquences sur la diffusion d’espèces polluantes ? Le travail est basé sur la comparaison de deux périodes, l’une de 1960 à 1989 représente le climat sans forçage, tandis que l’autre, de 2070 à 2099 prend en compte les différents scénarios de forçage anthropique. La première étape consiste à caractériser la variabilité de la circulation de l’atmosphère pour les mois hivernaux à partir des hauteurs du géopotentiel à 500 hPa sur une fenêtre Atlantico-Européenne. Les structures de variabilité étudiées concernent les modes de variabilité et les régimes de temps. D’après notre étude, les forçages ne modifient pas leurs structures dans l’espace mais davantage leurs fréquences d’apparition et leurs temps de persistance moyens. La deuxième étape concerne la modélisation de la qualité de l’air sur la région Nord-Pas de Calais. L’analyse des simulations actuelle et future révèle que les concentrations de particules en suspension et du dioxyde d’azote augmentent. En revanche aucune corrélation directe entre modes de variabilité sous forçage et diffusion n’est détectée. / The growth of human activities causes significant emissions of gaseous and particulate species in the atmosphere. Greenhouse gases contribute to increase the average global temperature, it’s called anthropogenic forcing. This temperature increase modifies the various components of the Earth’s climate system. In this thesis, the atmosphere is our topic of interest. The objective of this thesis is to answer two questions on a multidisciplinary basis: (1) can anthropogenic radiative forcing influences atmospheric circulation and more specifically, its variability? (2) And can it affects the spatial distribution of pollutants? This work is based on the comparison of two periods: one from 1960 to 1989 representing the climate without scenarios forcing; the other from 2070 to 2099 considering different scenarios of anthropogenic forcing. The first step is to characterize the atmospheric circulation variability, in wintertime, from the 500 hPa geopotential height at North Atlantic and European scale. The main structures of variability we studied are the so-called modes of variability and weather regimes. In our study, the scenarios do not change their structure in space but rather their frequency of occurrence and mean residence time. The second step concerns modeling of air quality over the French Northern region. Analysis of simulations reveals that actual and future concentrations of particulate matter and nitrogen dioxide increase, but no direct correlation between changes of variability modes and spatial distribution of pollutants is detected.

Les aérosols sont une composante atmosphérique dont l’impact climatique figure parmi les plus incertains (IPCC, 2013). Cette incertitude est particulièrement forte lorsque ces particules sont localisées au-dessus et en contact avec les nuages, où elles interagissent à la fois avec le rayonnement et les nuages. Ce constat nous impose d’améliorer la représentation des aérosols et des nuages dans les modèles climatiques. Si les capteurs satellitaires passifs jouent un rôle important dans l'observation des aérosols, les algorithmes de restitution de leurs propriétés sont jusqu’à présent limités à l’atmosphère sans nuage. De plus, les aérosols au-dessus des nuages altèrent la restitution des propriétés optiques et microphysiques des nuages par ces mêmes capteurs. Notre effort a porté sur la détection et la caractérisation des aérosols au-dessus des nuages d’eau liquide en s’appuyant sur le capteur satellitaire POLDER/PARASOL. Nous avons mis en place une nouvelle méthode d’inversion des luminances totales et polarisées pour restituer les propriétés clefs des aérosols et des nuages. Ensuite, nous avons développé une procédure de calcul de l’ "effet direct" des aérosols en utilisant les propriétés issues de notre méthode d’inversion. Les flux radiatifs ainsi calculés ont été comparés avec succès à ceux déduits plus directement des mesures du capteur CERES. Ces propriétés ont également été utilisées, régionalement, pour évaluer la fiabilité de la représentation des aérosols au-dessus des nuages dans les modèles AeroCom. Enfin, nous présentons une première analyse de la distribution planétaire annuelle des propriétés des aérosols au-dessus des nuages et de leur effet direct. / Aerosols remain one of the atmospheric components associated with the highest uncertainty on the climate impact (IPCC, 2013). This uncertainty is especially large for aerosols located above or within the clouds, where they can interact with both radiations and clouds. This statement highlights the need to improve the representation of aerosols and clouds in climate models.Passive satellite instruments play a key role in the aerosol monitoring. However, current aerosol retrieval algorithms are restricted to cloud-free atmosphere. Moreover, aerosols overlaying clouds affect the retrieval of cloud optical and microphysical properties from those same sensors. In the first place, the aim of this work was to detect and characterize aerosols above liquid clouds using the satellite instrument POLDER/PARASOL. We have set up a new method to retrieve key aerosol and cloud properties using a combination of radiance and polarization measurements. Then, we have developed a procedure to compute the aerosol "direct effect" which relies on the aerosols properties deduced from our retrieval methodology. The radiative fluxes calculated with this method have been successfully compared to the ones deduced more directly from the measurements of the CERES sensor.The aerosol properties have also been used to assess the ability of the models from the AeroCom community to represent above-cloud aerosols regionally. Finally, we present a first analysis of the annual distribution at global-scale of aerosol properties above clouds and their direct effect.

Cette recherche concerne un effet radiatif indirect d'aérosol sur le nuage d'hiver et le climat arctique, c'est-à-dire la rétroaction de déshydratation-effet de serre, qui a été originalement formulée par Blanchet et Girard (Nature, 1994). Les activités anthropiques et biogéniques produisent l'acide sulfurique, une prolongation vers le nord du problème de précipitation acide de moyennes latitudes, qui couvrent la plupart des aérosols existants. Les études précédentes ont prouvé qu'une concentration plus grande de l'acide sulfurique diminue la pression des vapeurs saturantes au-dessus de l'aérosol et abaisse le point de congélation. Aux basses températures, ce processus empêche la production de cristaux de glace et favorise la formation d'un nombre réduit de plus grands cristaux de glace au lieu de beaucoup des plus petites. Dans la pratique, on augmente la formation de précipitation des cristaux de glace de bas niveau et en défaveur d'un brouillard de glace ou d'un stratus plus persistant. La déshydratation de la basse atmosphère diminue l'effet de serre et produit un refroidissement de la surface. La rétroaction déshydratation-effet de serre est étudiée en utilisant un modèle régional du climat 3D. Deux ensembles de 12 simulations de février 1990 sont comparés: le cas de référence, pour un scénario d'aérosols naturels et le cas perturbé, pour un scénario d'aérosols acides. Les résultats montrent que la rétroaction déshydratation effet serre est plus important au-dessus de l'Arctique central avec un refroidissement en surface jusqu'à 3.3 K. Le refroidissement en surface dans l'Arctique renforce la zone barocline au-dessus de l'Europe nordique en produisant une rétroaction positive sur la circulation. En conséquence, la couverture de nuage et la précipitation au-dessus de l'Europe nordique sont augmentés, le transport d'aérosols anthropiques de moyenne latitudes vers l'Arctique est plus efficace et le refroidissement de la basse atmosphère dû à la diminution résultante des noyaux de glace (liés à l'augmentation de la concentration d'aérosol d'acide sulfurique) est augmenté.

L'objectif de la thèse est de caractériser la variabilité climatique de la période Holocène (10 000-0 ans) en analysant des séries climatiques d'enregistrements marins, continentaux, glaciaires. Les enregistrements d'Atlantique Nord et Sud ainsi que l'océan Austral ont permis d'identifier deux types de fréquences millénaires : les premières s'expriment pendant le début de l'Holocène (10 000-5 000 BP) et sont similaires aux fréquences solaires, les secondes, pendant la fin de l'Holocène, suggèrent un forçage interne océanique. Ce schéma Holocène avec une circulation océanique qui s'établit à un régime stable à partir de 5 000 ans coïncide avec l'établissement du niveau marin à son niveau proche de l'actuel, en lien avec la disparition de la calotte Laurentides et les drainages d'eau douce en Atlantique Nord. À partir de 5 000 ans, les flux d'eau douce ne perturbent plus le gradient de salinité permettant l'établissement de la circulation thermohaline à son régime stable. En Antarctique, de nouvelles séries de données poussières couvrant les 2000 dernières années à Dôme C et Vostok ont été produites. Sur la période Holocène en analysant l'ensemble des données disponibles (isotopes stables, excès en Deutérium, poussières) pour différents sites sur le plateau Antarctique, il n'apparaît aucune structure persistante significative pour aucun des proxies. Au Groenland, les seules fréquences significatives dans le deutérium sont l'empreinte spectrale de l'événement 8 200 ans. Le signal climatique déduit des calottes polaires pour la période Holocène est masqué par des processus tels que les effets locaux, la sensibilité des proxy,...

L'étage Valanginien est caractérisé dans le registre sédimentaire par une excursion positive des isotopes du carbone (amplitude 1,5-2‰), appelée " Episode Weissert ". Cet événement coïncide avec des changements paléoenvironnementaux et paléoclimatiques majeurs. La formation de la province volcanique ignée du Paraná-Etendeka a été proposée comme principal facteur forçant contrôlant ces changements. Cependant, de récentes études démontrent que l'Episode Weissert précède systématiquement l'activité volcanique. Ainsi, les facteurs déclenchant qui contrôlent ces changements sont encore source de débat. Dans cette étude des analyses cyclostratigraphique, biostratigraphique, minéralogique et géochimique ont été réalisés sur des sites de moyennes et hautes latitudes (coupes d'Orpierre et de La Charce/Arnayon dans le Bassin Vocontien, site 765C dans la plaine abyssale Argo) dans le but (i) d'explorer la dynamique des changements paléoenvironnementaux à l'échelle locale versus globale et (ii) de discuter des possibles facteurs forçant contrôlant l'épisode Weissert. Les processus diagénétiques et sédimentologiques locaux, qui pouvaient modifier le signal paléoclimatique, ont été discuté avant des interprétations paléoenvironnementales. La calibration astronomique de l'épisode Weissert, réalisée sur la coupe d'Orpierre, a permis pour la première fois le calcul de flux détritiques et de nutriments dans le Bassin Vocontien. Ces résultats indiquent de rapides changements climatiques aux moyennes latitudes, marqués par des conditions plus humides pendant l'Episode Weissert et des conditions plus sèches au Valanginien supérieur. En parallèle de nouvelles données géochimiques et minéralogiques, réalisés sur le site ODP 765C, ont été intégrées à une compilation globale de données géochimique et minéralogique sur 23 coupes répartie dans cinq grands environnements. Trois ceintures climatiques latitudinales majeures ont été identifié durant le Valanginien : (i) une ceinture aride dans l'océan proto Nord Atlantique (~15-17°N), (ii) une ceinture climatique subtropical dans la marge NW téthysienne (~25-30°N), et (iii) une ceinture climatique chaude et tempéré aux sites de hautes latitudes (~53°S et ~40 à ~70°N). Il apparaît que durant cette période, des facteurs orbitaux et tectoniques peuvent avoir contrôlé la distribution de ces ceintures et les principaux changements durant l'Episode Weissert.

Un code de résolution des équations de Navier-Stokes pour un fluide incompressible a été développé en utilisant une approche mixte spectral/différences finies, compatible avec une mise en \oe uvre dans un environnement massivement parallèle. On procède, grâce à ce nouvel outil, à des simulations directes de la turbulence dans une configuration où l'agitation est synthétisée à l'aide d'un forçage aléatoire. La production de turbulence est confinée dans une couche centrale du domaine et s'auto-diffuse en direction d'une surface libre ou d'une paroi adhérente. Dans cette configuration on obtient un état statistiquement stationnaire où le cisaillement moyen, généralement à l'origine de la production de la turbulence, est nul. Ces conditions permettent de mieux comprendre l'origine du transfert intercomposantes, caractéristique de la partie lente du terme de corrélation pression-déformation dans les équations-bilan des tensions de Reynolds. L'accent est mis sur l'analyse de ce transfert lorsqu'il s'effectue sous l'influence de l'effet de blocage au voisinage d'une surface. Les résultats obtenus permettront de mieux appréhender la modélisation des termes de corrélation pression-déformation au voisinage d'une paroi dans les modèles de fermeture au second ordre.

Ce travail de thèse expérimental étudie les instabilités et la transition de la couche limite produite par un disque en rotation. Pour l'écoulement naturel (c.-à-d. sans forçage extérieur), les mesures des profils de vitesse moyenne, de spectres en fréquence et de moyennes de phase des séries temporelles de vitesse ont permis de distinguer différents régimes en fonction de la distance adimensionnelle R à l'axe du disque. Pour les faibles valeurs de R, les profils de vitesse moyenne suivent la solution de von Kármán. Pour des valeurs plus importantes de R, des écarts à cette solution analytique sont observés et augmentent avec R. Ces écarts sont dus à la croissance spatiale de modes instables de la couche limite (vortex .cross-flow.), et la mesure du taux de croissance spatiale de ces modes correspond bien aux prédictions théoriques de l'analyse de stabilité linéaire. Dans cet écoulement, la transition se produit vers R ≈ 530 et la turbulence pleinement développée s'installe vers R ≈ 600. Les profils dans la région pleinement turbulente suivent la loi logarithmique des couches limites turbulentes et les spectres de vitesse présentent une loi en puissance de type Kolmogorov. Pour étudier la réponse au forçage, un dispositif expérimental a été mis au point qui permet d'exciter des perturbations stationnaires (dans le référentiel du laboratoire) ou en rotation à une fréquence qui peut être réglée indépendamment de la fréquence de rotation du disque. La réponse de l'écoulement à ces deux types de forçage et avec deux formes différentes pour l'élément de forçage a été étudiée. Un forçage stationnaire produit un sillage qui décroît avec la distance à l'élément de forçage, en accord avec la théorie. Le forçage avec des éléments en rotation peut produire un paquet d'ondes amplifié qui, bien que non linéaire, suit des trajectoires proches de celles prédites par la théorie linéaire.

Le principal objectif de la thèse a été d'estimer le forçage radiatif direct exercé par les aérosols de pollution durant la canicule ayant affectée l'Europe de l'ouest durant l'été 2003. Un intérêt particulier a été porté sur l'étude des rétroactions possibles de ce forçage radiatif direct sur la dynamique atmosphérique et les processus photochimiques. Tout d'abord, un module permettant de calculer les propriétés optiques des aérosols en considérant trois types de mélange de la particule (externe, interne homogène et core-shell) a été développé dans le modèle de chimie-transport CHIMERE. Une évaluation de ce module optique a été réalisée pour toute l'année 2003 à l'aide d'observations photométriques et satellitaires. Ensuite, un couplage du modèle CHIMERE associé au module optique avec le modèle de météorologie WRF d'une part et le code de transfert radiatif TUV d'autre part a permis d'évaluer le forçage radiatif direct des aérosols et ses rétroactions potentielles sur la dynamique atmosphérique et les processus photochimiques.

Ce travail part de l'observation que certaines personnes sont plus susceptibles que d'autres de développer des troubles de la voix lorsqu'elles sont amenées à communiquer fréquemment dans des conditions perturbées telles que des environnements bruyants. Le but de cette thèse est de comprendre l'origine de ces différences afin de prévenir le forçage vocal.<br />Jusqu'à maintenant, l'explication de ces différentes sensibilités a été principalement cherchée du côté de la variabilité des constitutions physiologiques et des facteurs environnementaux auxquels sont confrontées ces personnes. Au cours de ce travail, nous allons plutôt explorer l'hypothèse que ces différences puissent également provenir du comportement d'adaptation du locuteur à la situation de communication. <br />C'est pourquoi nous avons tout d'abord examiné en quoi les différentes modifications acoustiques et articulatoires peuvent être interprétées en terme de stratégies de communication visant à émerger du bruit ambiant, à faciliter la reconnaissance audiovisuelle des unités phonétiques pour l'interlocuteur, à renforcer les indices prosodiques de structuration de l'énoncé ou encore les mots de l'énoncé portant le plus d'information. Nous avons apporté plusieurs arguments en faveur d'une adaptation de la parole dans le bruit qui ne serait pas uniquement vocale, réflexe et subie, mais également en partie intentionnelle, communicationnelle et gérable par le locuteur. Pour cela, nous avons enregistré deux principales bases de données constituées de parole semi-spontanée en interaction avec un interlocuteur et pour une immersion des locuteurs dans le bruit par le biais de haut-parleurs. Nous avons au préalable montré l'apport de ces méthodologies pour pouvoir tester nos hypothèses sur le forçage vocal et sur l'adaptation de la parole dans le bruit.<br />L'examen individuel des comportements d'adaptation de la parole dans le bruit nous a permis de mettre en évidence des différences au niveau de l'adoption combinée des différentes stratégies de communication –celles-ci n'étant pas équivalentes vis à vis de la charge qu'elles font porter au larynx– ainsi qu'au niveau de la réorganisation de l'adaptation en fonction du contexte (type et niveau de bruit). Nous avons pu relier ces variabilités comportementales à des profils laryngés différents, ouvrant en cela de nouvelles perspectives pour l'étude et la prévention du forçage vocal.