Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Le but de cette thèse est de développer des outils pour améliorer la production d'énergie éolienne en climat froid à l'aide de données de terrain. En premier lieu, il est nécessaire d'obtenir des informations concernant les conditions météorologiques du parc éolien pour améliorer la performance des éoliennes. Il n'existe présentement que très peu d'instruments qui sont en mesure de caractériser les conditions givrantes tout en étant assez robustes pour faire face aux conditions arides d'un parc éolien. La thèse qui suit fournit une validation des mesures d'un instrument météorologique installé sur la nacelle d'une éolienne. Il existe présentement plusieurs solutions pour diminuer l'impact du givre atmosphérique sur la performance des éoliennes. Par contre, il n'y a pas standard relatif à la méthodologie à utiliser pour évaluer la performance de ces solutions. Cette thèse propose une nouvelle méthodologie pour répondre à ce besoin. Avec les outils développés dans les premières sections ainsi qu'avec des données de terrain, cette thèse répond à des questions reliées à l'opération d'éoliennes en climat froid. Avec un seuil en température pour définir des événements de givre et une mesure fiable de givre sur la nacelle, il devient plus facile d'évaluer la performance des éoliennes et d'améliorer leur production d'énergie. Cette thèse propose un modèle numérique des systèmes thermiques de protection contre la glace. Avec un tel modèle il est possible d'optimiser leur opération et leur conception. Cette thèse fournit de nombreuses comparaisons avec des données provenant de parcs éoliens, telles que des études de cas, démontrant la validité des outils proposés. / The objective of this thesis is to develop tools to improve wind energy production in cold climate with field data. In order to improve the performance of wind turbines in cold climate, it is necessary to have available information relative the the meteorological situation in the wind farm. Currently, very few sensors are capable of providing icing data while being robust enough to face the harsh conditions of a wind farm. This thesis provides a validation of an icing sensor installed on a wind turbine nacelle. Currently, there are multiple solutions available to reduce the impact of atmospheric icing on wind turbine performance. However, there is no standard methodology to evaluate them. This thesis proposes a new methodology providing tools to reduce the impact of secondary factors. With the tools developped in the first sections and with field data, this thesis answers questions regarding wind turbine operation in cold climate. With a temperature threshold to define icing events and a reliable method to detect icing conditions on the nacelle, it becomes easier to evaluate the performance of wind turbines and to improve their energy production. This thesis proposes a numerical model of thermal ice protection systems. With such a model, it is possible to optimize IPS operation and design. This thesis provides numerous comparisons with data coming from wind farms, such as case studies, demonstrating the validity of the proposed tools.

Le modèle de surface Soil, Vegetation, and Snow (SVS) a été récemment mis au point par Environnement et Changement climatique Canada (ECCC) à des fins opérationnelles de prévisions météorologique et hydrologique. L’objectif principal de cette étude est d’évaluer la capacité de SVS, en mode hors ligne à l’échelle de points de grille, à simuler différents processus par rapport aux observations in situ. L’étude est divisée en deux parties: (1) une évaluation des processus de surface terrestre se produisant dans des conditions sans neige, et (2) une évaluation des processus d’accumulation et de fonte de la neige. Dans la première partie, les flux d’énergie de surface et la teneur en eau ont été évalués sous des climats arides, méditerranéens et tropicaux pour six sites sélectionnés du réseau FLUXNET ayant entre 4 et 12 ans de données. Dans une seconde partie, les principales caractéristiques de l’enneigement sont examinées pour dix sites bien instrumentés ayant entre 8 et 21 ans de données sous climats alpins, maritimes et taiga du réseau ESM-SnowMIP. Les résultats de la première partie montrent des simulations réalistes de SVS du flux de chaleur latente (NSE = 0.58 en moyenne), du flux de chaleur sensible (NSE = 0.70 en moyenne) et du rayonnement net (NSE = 0.97 en moyenne). Le flux de chaleur dans sol est raisonnablement bien simulé pour les sites arides et un site méditerranéen, et simulé sans succès pour les sites tropicaux. Pour sa part, la teneur en eau de surface a été raisonnablement bien simulée aux sites arides (NSE = 0.30 en moyenne) et méditerranéens (NSE = 0.42 en moyenne) et mal simulée aux sites tropicaux (NSE = -16.05 en moyenne). Les performances du SVS étaient comparables aux simulations du Canadian Land surface Scheme (CLASS) non seulement pour les flux d’énergie et le teneur en eau, mais aussi pour des processus plus spécifiques tels que l’évapotranspiration et le bilan en eau. Les résultats de la deuxième partie montrent que SVS est capable de reproduire de manière réaliste les principales caractéristiques de l’enneigement de ces sites. Sur la base des résultats, une distinction claire peut être faite entre les simulations aux sites ouverts et forestiers. SVS simule adéquatement l’équivalent en eau de la neige, la densité et la hauteur de la neige des sites ouverts (NSE = 0.64, 0.75 et 0.59, respectivement), mais présente des performances plus faibles aux sites forestiers (NSE = - 0.40, 0.15 et 0.56, respectivement), ce qui est principalement attribué aux limites du module de tassement et à l’absence d’un module d’interception de la neige. Les évaluations effectuées au début, au milieu et à la fin de l’hiver ont révélé une tendance à la baisse de la capacité de SVS à simuler SWE, la densité et l’épaisseur de la neige à la fin de l’hiver. Pour les sites ouverts, les températures de la neige en surface sont bien représentées (RMSE = 3.00 _C en moyenne), mais ont montré un biais négatif (PBias = - 1.6 % en moyenne), qui était dû à une mauvaise représentation du bilan énergétique de surface sous conditions stables la nuit. L’albédo a montré une représentation raisonnable (RMSE = 0.07 en moyenne), mais une tendance à surestimer les valeurs de fin d’hiver (biais = 0,04 sur la fin de l’hiver), en raison de la diminution progressive pendant les longues périodes de fonte. Enfin, un test de sensibilité a conduit à des suggestions aux développeurs du modèles. Les tests de sensibilité du processus de fonte de la neige suggèrent l’utilisation de la température de surface de la neige au lieu de la température moyenne lors du calcul. Cela permettrait d’améliorer les simulations SWE, à l’exception de deux sites ouverts et d’un site forestier. Les tests de sensibilité à la partition des précipitations permettent d’identifier une transition linéaire de la température de l’air entre 0 et 1 _C comme le meilleur choix en l’absence de partitions observées ou plus sophistiquées. / The Soil, Vegetation, and Snow (SVS) land surface model has been recently developed at Environment and Climate Change Canada (ECCC) for operational numerical weather prediction (NWP) and hydrological forecasting. The main goal of this study is to evaluate the ability of SVS, in offline point-scale mode, to simulate different processes when compared to in-situ observations. The study is divided in two parts: (1) an evaluation of land-surface processes occuring on snow-free conditions, and (2) and evaluation of the snow accumulation and melting processes. In the first part, surface heat fluxes and soil moisture were evaluated under arid, mediterranean, and tropical climates at six selected sites of the FLUXNET network having between 4 and 12 years of data. In the second part, the main characteristics of the snow cover are examined at ten well-instrumented sites having between 8 and 21 years under alpine, maritime and taiga climates from ESM-SnowMIP network. Results of the first part show SVS’s realistic simulations of latent heat flux (NSE = 0.58 on average), sensible heat flux (NSE = 0.70 on average), and net radiation (NSE = 0.97 on average). Soil heat flux is reasonably well simulated for the arid sites and one mediterranean site, and poorly simulated for the tropical sites. On the other hand, surface soil moisture was reasonably well simulated at the arid (NSE = 0.30 on average) and mediterranean sites (NSE = 0.42 on average) and poorly simulated at the tropical sites (NSE = - 16.05 on average). SVS performance was comparable to simulations of the Canadian Land Surface Scheme (CLASS) not only for energy fluxes and soil moisture, but more specific processes such as evapotranspiration and water balance. Results of the second part show that SVS is able to realistically reproduce the main characteristics of the snow cover at these sites. Based on the results, a clear distinction between simulations at open and forest sites can be made. SVS is able to simulate well snow water equivalent, density and snow depth at open sites (NSE = 0.64, 0.75 and 0.59, respectively), but exhibits lower performances over forest sites (NSE = - 0.40, 0.15 and 0.56, respectively), which is attributed mainly to the limitations of the compaction scheme and the absence of a snow interception scheme. Evaluations over early, mid and end winter periods revealed a tendency to decrease SVS’s ability to simulate SWE, density and snow depth during end winter. At open sites, SVS’ snow surface temperatures are well represented (RMSE = 3.00_C on average), but exhibited a cold bias (PBias = - 1.6% on average), which was due to a poor representation of the surface energy balance under stable conditions at nighttime. Albedo showed a reasonable representation (RMSE = 0.07 on average), but a tendency to overestimate end winter albedo (bias = 0.04 over end winter), due to the slow decreasing rate during long melting periods. Finally, sensitivity tests to the snow melting process suggest the use of surface snow temperature instead of the average temperature when computing the melting rate. This would provide the improvement of the SWE simulations, with exception of two open and one forest sites. Sensitivity tests to partition of precipitation allows to identify a linear transition of air temperature between 0 and 1_C as the best choice in the absence of observed or more sophisticated partitions

Cette étude a pour objectif d'évaluer les changements appréhendés des précipitations extrêmes saisonnières d'une et plusieurs journées (1, 2, 3, 5, 7 et 10 jours) pour 21 bassins versants du nord-est canadien pour une période future (2041-2070) comparativement à une période de référence (1971-2000). Pour ce faire, un ensemble de multi-modèles régionaux du climat (MRC) provenant du North American Regional Climate Change Assessment Program est utilisé. Le projet comprend six MRC piloté par les ré-analyses II NCEP couvrant la période 1980-2004 et piloté par quatre modèles de circulation générale de l'atmosphère (MCGA) couvrant une période de référence (1971-2000) et future (2041-2070). L'analyse fréquentielle régionale est choisie comme méthode pour développer les niveaux de retour des précipitations extrêmes pour des périodes de retour de 10, 30 et 50 années. L'étude comporte une évaluation de la performance des six différents MRC liée aux différences dans leurs composantes physiques et dynamiques ainsi qu'une évaluation de l'effet du choix des conditions aux frontières de type ré-analyses par rapport à de type MCGA. Les résultats suggèrent que les différences liées aux composantes internes des MRC sont plus importantes que celles liées au choix des conditions aux frontières. D'autre part, par l'utilisation d'un ensemble de multi-MRC et du coefficient de variation, une quantification des incertitudes liées à la structure interne du MRC et du choix MGCA comme pilote est possible. En général, les incertitudes liées à la structure interne des MRC sont plus importantes que celles liées au choix du MGCA pour les bassins versants et les variables de cette étude. L'analyse des changements appréhendés dans les niveaux de retours des précipitations extrêmes suggère une augmentation pour la majorité des bassins et des combinaisons à l'étude (durée et période de retour). Les plus petites augmentations ainsi que les plus grandes incertitudes se retrouvent dans les bassins au sud-est du Québec. Au contraire, les plus grandes augmentations et les plus faibles incertitudes se retrouvent dans les bassins nordiques. Une augmentation dans les niveaux de retour des précipitations extrêmes a des conséquences importantes sur la gestion et la conception des infrastructures existantes et futures, spécialement pour cette région du Canada où la production d'énergie hydroélectrique est omniprésente. ______________________________________________________________________________

Les inondations constituent le risque naturel prédominant dans le monde et les dégâts qu’elles causent sont les plus importants parmi les catastrophes naturelles. Un des principaux facteurs expliquant les inondations sont les précipitations extrêmes. En raison des changements climatiques, l’occurrence et l’intensité de ces dernières risquent fort probablement de s’accroître. Par conséquent, le risque d’inondation pourrait vraisemblablement s’intensifier. Les impacts de l’évolution des précipitations extrêmes sont désormais un enjeu important pour la sécurité du public et pour la pérennité des infrastructures. Les stratégies de gestion du risque d’inondation dans le climat futur sont essentiellement basées sur les simulations provenant des modèles numériques de climat. Un modèle numérique de climat procure notamment une série chronologique des précipitations pour chacun des points de grille composant son domaine spatial de simulation. Les séries chronologiques simulées peuvent être journalières ou infrajournalières et elles s’étendent sur toute la période de simulation, typiquement entre 1961 et 2100. La continuité spatiale des processus physiques simulés induit une cohérence spatiale parmi les séries chronologiques. Autrement dit, les séries chronologiques provenant de points de grille avoisinants partagent souvent des caractéristiques semblables. De façon générale, la théorie des valeurs extrêmes est appliquée à ces séries chronologiques simulées pour estimer les quantiles correspondants à un certain niveau de risque. La plupart du temps, la variance d’estimation est considérable en raison du nombre limité de précipitations extrêmes disponibles et celle-ci peut jouer un rôle déterminant dans l’élaboration des stratégies de gestion du risque. Par conséquent, un modèle statistique permettant d’estimer de façon précise les quantiles de précipitations extrêmes simulées par un modèle numérique de climat a été développé dans cette thèse. Le modèle développé est spécialement adapté aux données générées par un modèle de climat. En particulier, il exploite l’information contenue dans les séries journalières continues pour améliorer l’estimation des quantiles non stationnaires et ce, sans effectuer d’hypothèse contraignante sur la nature de la non-stationnarité. Le modèle exploite également l’information contenue dans la cohérence spatiale des précipitations extrêmes. Celle-ci est modélisée par un modèle hiérarchique bayésien où les lois a priori des paramètres sont des processus spatiaux, en l’occurrence des champs de Markov gaussiens. L’application du modèle développé à une simulation générée par le Modèle régional canadien du climat a permis de réduire considérablement la variance d’estimation des quantiles en Amérique du Nord.

Si la pertinence de la prise en compte de la météorologie dans la gestion du trafic est bien admise, son intégration dans les outils d'aide à la décision et les stratégies de contrôle représente encore un enjeu réel pour les gestionnaires d'infrastructures. En effet, cette avancée semble légitimée par les effets significatifs d'une météorologie dégradée sur la sécurité des usagers et le comportement des conducteurs. Ainsi, au niveau de la sécurité, un sur-risque d'accident a été mis en évidence par de nombreux travaux. Or, l'étiologie de ce risque augmenté ne permet pas seulement de démontrer l'impact d'évènements météorologiques extrêmes et ponctuels (ex : tempêtes de neige), mais égalementcelui de phénomènes récurrents (ex : la pluie). La baisse de la sécurité des conducteurs se traduit concrètement par un changement de comportements des usagers (vitesses, temps inter-véhiculaires) mais aussi du flot de véhicules en général (vitesse, débit, concentration), ceci influant de manière conséquente sur la mobilité. De fait, la pluie représente ainsi la seconde cause de congestion ponctuelle.Pourtant, malgré ces enjeux indéniables, les effets de la météorologie sur le trafic demeurent mal quantifiés et ne sont guère intégrés à la modélisation ou l'estimation du trafic. Ce travail de thèse se propose ainsi de contribuer à une meilleure compréhension des effets météorologiques sur le trafic, en se focalisant sur des phénomènes de précipitations en milieu interurbain. Partant d'un état de l'art de l'impact météorologique sur le trafic, il nous est apparu que les études existantes, par leurs carences, soulèvent le besoin de fonder une méthodologie d'analyse plus rigoureuse. Cette méthodologie, une fois clairement définie, a ensuite été appliquée à des données opérationnelles. Elle nous a permis de quantifier les effets de la pluie à plusieurs niveaux selon l'échelle de représentation abordée : au niveau microscopique, considérant le comportement individuel des conducteurs, les analyses statistiques mettent en lumière des effets sur les vitesses, les temps et les distances inter-véhiculaires. Ces effets se reflètent au niveau macroscopique (celui du flot de véhicules) avec des variations de débits, de vitesses du flot et, de façon générale, de l'ensemble des paramètres formant le diagramme fondamental du trafic. Les résultats empiriques nous semblent ainsi ouvrir la voie à l'intégration du phénomène météorologique à la modélisation du trafic.Partant, nous avons développé, à ce stade de notre travail, une contribution théorique à la modélisation du trafic se fondant sur une formulation Vlasov qui permet de dériver un modèle macroscopique à deux équations à partir d'une formulation cinétique. Le modèle ainsi proposé offre un cadre propice à l'intégration d'un paramètre météorologique. La discrétisation numérique du modèle s'effectue à l'aide d'une méthode à pas fractionnaire qui permet de traiter successivement le terme source et la partie homogène du système. Pour la partie homogène du système, nous avons fait l'usage d'un schéma de type Lagrange+remap. Le comportement du modèle, couplé à une équation de transport sur les temps inter-véhiculaires, a ensuite été illustré à travers une série d'expérimentations numériques qui ont mis en évidence ses aptitudes face à des conditions météorologiques changeantes.Dans un ultime volet, notre travail s'est orienté vers de futures applications en temps réel qui se placeraient dans un cadre bayesien d'assimilation de données. Le défi à relever est celui de l'estimation en ligne du vecteur d'état du trafic au fur et à mesure de l'arrivée de nouvelles observations. Une méthode de filtrage particulaire (Monte Carlo séquentielle) nous a paru judicieuse à mobiliser, car elle s'adapte bien à la problématique du trafic routier. Plusieurs scénarios fondés sur des données opérationnelles permettent ensuite de montrer les bénéfices de l'intégration du phénomène météorologique à de telles approches. Une meilleure connaissance du phénomène météorologique doit ainsi mener à son insertion dans les modèles de trafic qui forment le substrat des outils d'aide à la décision destinés aux gestionnaires.Le travail proposé ouvre donc des perspectives pour le développement de stratégies de gestion de trafic météo-sensibles.

<p align='justify'>De manière à mieux comprendre l'impact des émissions anthropiques sur la troposphère reculée, les concentrations d'un nombre important de composés atmosphériques ont été mesurés dans la troposphère libre au-dessus d'Hawaii durant la campagne Mauna Loa Observatory Photochemistry Experiment (MLOPEX) accomplie au cours des années 1991 et 1992. Le constituant chimique fondamental pour évaluer cet impact est le radical hydroxyle OH qui fut mesuré au printemps et en été de l'année 1992. La variation diurne de la direction du vent génère pendant la journée un mélange des masses d'air de la couche limite planétaire avec la troposphère libre. Actuellement les modèles régional et global de chimie troposphérique ne peuvent tenir compte à la fois du transport à grande échelle et du mélange local. Nous avons développé un modèle tridimensionnel qui nous permet d'analyser la chimie et la dynamique troposphérique à ces deux échelles. Pour ce faire, nous avons utilisé une grille non-structurée qui offre un moyen efficace de caractériser la région d'Hawaii à l'aide d'une haute résolution et le restant de l'hémisphère Nord avec une résolution qui décroît au fur et à mesure que l'on s'éloigne d'Hawaii. La distribution de 46 composés gazeux avec 138 réactions, incluant une chimie détaillée des hydrocarbures non-méthaniques (isoprène, éthane, éthène, propène et alpha-pinène) est calculée avec un pas de temps de 20 minutes. A l'aide de notre modèle nous avons simulé une période de huit jours pour chacune des saisons. Les résultats des simulations ont été comparés aux observations et interprétés à l'aide d'études de rétro-trajectoires, de traceurs passifs et de bilans chimiques local et régional de l'ozone et de ses précurseurs.</p>

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Si la pertinence de la prise en compte de la météorologie dans la gestion du trafic est bien admise, son intégration dans les outils d'aide à la décision et les stratégies de contrôle représente encore un enjeu réel pour les gestionnaires d'infrastructures. En effet, cette avancée semble légitimée par les effets significatifs d'une météorologie dégradée sur la sécurité des usagers et le comportement des conducteurs. Ainsi, au niveau de la sécurité, un sur-risque d'accident a été mis en évidence par de nombreux travaux. Or, l'étiologie de ce risque augmenté ne permet pas seulement de démontrer l'impact d'évènements météorologiques extrêmes et ponctuels (ex : tempêtes de neige), mais égalementcelui de phénomènes récurrents (ex : la pluie). La baisse de la sécurité des conducteurs se traduit concrètement par un changement de comportements des usagers (vitesses, temps inter-véhiculaires) mais aussi du flot de véhicules en général (vitesse, débit, concentration), ceci influant de manière conséquente sur la mobilité. De fait, la pluie représente ainsi la seconde cause de congestion ponctuelle.Pourtant, malgré ces enjeux indéniables, les effets de la météorologie sur le trafic demeurent mal quantifiés et ne sont guère intégrés à la modélisation ou l'estimation du trafic. Ce travail de thèse se propose ainsi de contribuer à une meilleure compréhension des effets météorologiques sur le trafic, en se focalisant sur des phénomènes de précipitations en milieu interurbain. Partant d'un état de l'art de l'impact météorologique sur le trafic, il nous est apparu que les études existantes, par leurs carences, soulèvent le besoin de fonder une méthodologie d'analyse plus rigoureuse. Cette méthodologie, une fois clairement définie, a ensuite été appliquée à des données opérationnelles. Elle nous a permis de quantifier les effets de la pluie à plusieurs niveaux selon l'échelle de représentation abordée : au niveau microscopique, considérant le comportement individuel des conducteurs, les analyses statistiques mettent en lumière des effets sur les vitesses, les temps et les distances inter-véhiculaires. Ces effets se reflètent au niveau macroscopique (celui du flot de véhicules) avec des variations de débits, de vitesses du flot et, de façon générale, de l'ensemble des paramètres formant le diagramme fondamental du trafic. Les résultats empiriques nous semblent ainsi ouvrir la voie à l'intégration du phénomène météorologique à la modélisation du trafic.Partant, nous avons développé, à ce stade de notre travail, une contribution théorique à la modélisation du trafic se fondant sur une formulation Vlasov qui permet de dériver un modèle macroscopique à deux équations à partir d'une formulation cinétique. Le modèle ainsi proposé offre un cadre propice à l'intégration d'un paramètre météorologique. La discrétisation numérique du modèle s'effectue à l'aide d'une méthode à pas fractionnaire qui permet de traiter successivement le terme source et la partie homogène du système. Pour la partie homogène du système, nous avons fait l'usage d'un schéma de type Lagrange+remap. Le comportement du modèle, couplé à une équation de transport sur les temps inter-véhiculaires, a ensuite été illustré à travers une série d'expérimentations numériques qui ont mis en évidence ses aptitudes face à des conditions météorologiques changeantes.Dans un ultime volet, notre travail s'est orienté vers de futures applications en temps réel qui se placeraient dans un cadre bayesien d'assimilation de données. Le défi à relever est celui de l'estimation en ligne du vecteur d'état du trafic au fur et à mesure de l'arrivée de nouvelles observations. Une méthode de filtrage particulaire (Monte Carlo séquentielle) nous a paru judicieuse à mobiliser, car elle s'adapte bien à la problématique du trafic routier. Plusieurs scénarios fondés sur des données opérationnelles permettent ensuite de montrer les bénéfices de l'intégration du phénomène météorologique à de telles approches. Une meilleure connaissance du phénomène météorologique doit ainsi mener à son insertion dans les modèles de trafic qui forment le substrat des outils d'aide à la décision destinés aux gestionnaires.Le travail proposé ouvre donc des perspectives pour le développement de stratégies de gestion de trafic météo-sensibles. / The integration of the weather effects into decision support tools and real time traffic management strategies represents a critical need for all road operators. The motivations are clear because of the significant effects of adverse weather on road safety and drivers' behaviors. At a safety level, the increase of the crash frequency and severity has been highlighted by several studies. This increase of the crash risk does not concern only extreme weather events, such as winter storms, but also recurring events like rain. The changes in drivers' behaviors (decrease of speeds, headways) andtraffic flow dynamics (speed, flow, density) lead to significant consequences from a mobility point of view : thus, rain represents the second largest cause of non recurring congestion (15 \%) after incidents.In spite of this context, the effects of adverse weather on traffic are not well quantified and, above all, not integrated into traffic modelling and estimation. The presented thesis research aims at contributing to a better understanding of the meteorological effects on traffic by focusing on precipitation events at interurban sections. From a literature review of the meteorological impact on traffic, we have underlined a need of a standardized methodology. Such a standardized methodology for the rain impact quantification is proposed and applied to real data. It enables aquantification of the rain effects at different levels, according to the scale of representation : at a microscopic level, the statistical analyses highlight changes in drivers speeds, time headways. Those effects reflect on the macroscopic level of traffic flow with changes in speed, flows, and, in a general way, in all the parameters composing the fundamental diagram of traffic. Hence, the empirical results pave the way for integrating the meteorological phenomenon into traffic modelling.Next, we propose a theoretical contribution to traffic modelling, based on a Vlasov formulation, which enables the derivation of a two equations macroscopic model. The proposed model offers a relevant framework for the integration of a meteorological parameter. Regarding the numerical discretization, we propose a fractionnal step method allowing to deal successively with the source terme and the homogeneous part of the system. We develop a Lagrange+remap scheme for the homogeneous part of the system. The model behaviour is illustrated through several numerical experiments which highlight the model features faced with changing meteorological conditions.In the last chapter, an effort towards future online applications is put forward. Within a Bayesian framework for data assimilation, the goal resides in the online estimation of the traffic state vector given current measurements. Based on real world data, some scenarios show the benefits of the integration of the meteorology into such approaches. Thus, a better knowledge of the weather impact on traffic leads to its integration into traffic models and will enable the improvement of decision support tools for road operators. The proposed work opens perspectives for the development ofweather-responsive traffic management strategies.

La connaissance du flux UltraViolet (UV) solaire et de sa variabilité dans le temps est un problème clé aussi bien dans le domaine de l’aéronomie qu’en physique solaire. Alors que l’extrême UV, entre 10 et 121 nm, est important pour la caractérisation de l’ionosphère, l’UV entre 121 et 300 nm l’est tout autant pour les modélisations climatiques. La mesure continue de l’irradiance dans l’UV est cependant une tâche ardue. En effet, les instruments spatiaux étant dans un environnement hostile se dégradent rapidement. De nombreux modèles basés sur des indices solaires sont alors utilisées lorsque peu de données sont disponibles. Pourtant, l’utilisation de ces indices ne permet pas d’atteindre aujourd’hui une précision suffisante pour les différentes applications en météorologie de l’espace. Comme alternative, ce travail de thèse met en avant l’utilisation de bandes passantes pour reconstruire l’irradiance solaire dans l’UV. En utilisant des méthodes d’analyse statistique multivariée, ce travail met tout d’abord en évidence la forte cohérence de la variabilité spectrale de l’irradiance dans l’UV, ainsi que ses principales caractéristiques. Une première étape consiste à utiliser des bandes passantes existantes afin de tester la faisabilité de notre approche : le flux UV peut ainsi être reconstruit avec une erreur relative d’environ 20%, une bien meilleure performance qu’avec l’utilisation d’indices solaires. Afin de limiter les problèmes de dégradation liés à l’utilisation des filtres, nous proposons un instrument d’un genre nouveau basé uniquement sur des détecteurs à larges bande interdite permettant de sélectionner une bande spectrale (notamment pour l’UV à partir de 120 nm). Un tel radiomètre permettrait de reconstruire les raies spectrales importantes pour la spécification de la thermosphère terrestre avec une bonne précision. Enfin, une modélisation de l’impact du flux UV solaire sur l’atmosphère de Ganymède est exposée. Les émissions atmosphériques pour quelques espèces sont alors calculées, afin de proposer quelques recommandations pour les futures missions pour Jupiter. / The knowledge of the solar spectral irradiance in the UV and its variation in time is a key problem in aeronomy but also in climatology and in solar physics. While the Extreme UV (10-121 nm) range is important for thermosphere/ionosphere specification, the Far UV and Middle UV ranges are essential for climate modelling. However, the continuous monitoring of the UV irradiance is a difficult task. Space instruments are indeed suffering from ageing but also signal contamination of many kinds. Because of the lack of long-term measurements of the whole UV range, most thermosphere/ionosphere and climate models rely today on proxies for the solar irradiance, which may however not reflect very well the variability. As an alternative, we proposed in this work to use a few radiometers with properly chosen passbands in order to reconstruct the solar UV irradiance. Using a multivariate statistical approach, we first characterize the high redundancy as well as the different features of the solar UV irradiance. With four passbands from already existing instrument, we test our concept : the solar UV flux is reconstructed with a relative error of about 20%. This work proposes then to define a new kind of instrument, which may use wide bandgap materials as detectors selecting moreover the spectral range without using filters. Filters are indeed very sensitive to the degradation. This new instrument could reconstruct very well some spectral lines important to the Earth thermosphere specification. This thesis finally proposes to model the impact of the solar UV flux on the atmosphere of Ganymede. We predict some atmospheric emissions in the framework of future space mission to Jupiter.

L'objectif principal de ce travail de thèse est d'analyser les phénomènes<br />de luminescence diurne qui apparaissent dans la thermosphère terrestre, et<br />plus particulièrement les émissions de l'oxygène atomique (raie verte à 557,7 et raie rouge à <br />630,0 nm). Cette étude met en oeuvre une analyse statistique des mesures de l'interféromètre WINDII qui permet de <br />quantifier l'influence du flux solaire et de l'activité magnétique sur le rayonnement.<br />Il apparaît que l'intensité et l'altitude des deux émissions augmentent quasi-linéairement<br />avec le flux solaire.<br />Nous montrons également que lorsque l'activité magnétique augmente, l'intensité du pic <br />thermosphérique de la raie verte diminue, alors que l'intensité de la raie rouge reste<br />quasiment constante.<br />Cette étude a également permis de reproduire qualitiativement et quantitativement<br />ces résultats statistiques en utilisant le modèle d'ionosphère TRANSCAR, ce qui montre que les <br />phénomènes physiques mis en jeu sont bien compris.