<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><p><p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Doctorat en philosophie et lettres / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'océan joue un rôle très important dans la régulation du climat de la terre à travers les échanges de chaleur avec l'atmosphère, qui se font en grande partie sous forme de Flux de Chaleur Latente (FCL). Ce dernier dépend notamment de l'humidité spécifique à quelques mètres au-dessus de la surface. Cette dernière variable est encore mal maîtrisée dans les modèles météorologiques, et trop peu d'observations sont disponibles à l'échelle du globe pour calculer des champs d'humidité et de flux de chaleur latente, pourtant nécessaires pour forcer les modèles océaniques, par exemple. Dans ce travail, on analyse le potentiel des données de télédétection spatiale pour estimer l'humidité de surface. L'intérêt majeur des satellites est qu'ils nous permettent d'observer l'ensemble des océans à une échelle temporelle de quelques jours seulement. Afin de restituer l'humidité spécifique, nous nous servons des données de températures de brillance mesurées par les radiomètres hyperfréquences AMSU-A (Advanced Microwave Sounding Unit - A) et AMSU-B embarqués à bord des satellites NOAA 15, 16 et 17. AMSU-A comporte 15 canaux entre 23.8 GHz et 89 GHz, avec une résolution de 48 Km, et AMSU-B comporte 5 canaux entre 89 GHz et 183.31 GHz, et a une résolution de 16 Km. Nous utilisons les radiomètres AMSU parce qu'ils possèdent un nombre important de canaux (20 canaux au total), dont certains sont sensibles à la vapeur d'eau. Malgré leur potentiel intéressant, les radiomètres AMSU ont jusqu'ici été peu exploités pour la restitution de l'humidité de surface. Deux approches sont utilisées pour faire cette restitution : la régression linéaire multiple et les réseaux de neurones artificiels. Grâce à cette dernière méthode, nous avons pu restituer l'humidité de surface avec une amélioration de 21.8% par rapport à l'algorithme de référence (Bentamy et al., 2003). Ceci se traduit par un écart rms de 0.86 g/kg, par rapport aux données de validation, qui sont les observations horaires des mouillages TAO et PIRATA. L'ensemble des résultats trouvés au cours de cette étude indique clairement que le satellite apporte un point de vue complémentaire par rapport aux modèles opérationnels et par rapport aux observations, vis-à-vis de l'humidité de surface.

Cette thèse s'intéresse aux liens entre l'évolution du contenu en eau de l'atmosphère et la formation des précipitations. L'objectif général des travaux qui y sont présentés est d'améliorer la compréhension des mécanismes de formation des précipitations en se basant sur des mesures de vapeur d'eau effectuées principalement par GPS. Une étude statistique originale effectuée à partir de 5 années de mesures (GPS, pluviomètre et capteurs météorologiques au sol, situés sur le campus des Cézeaux, Clermont-Ferrand) a permis de mettre en évidence qu'en moyenne l'augmentation du contenu intégré en vapeur d'eau (IWV) est un précurseur de la formation des pluies, et que les variations de l'humidité dans la colonne atmosphérique toute entière sont pour l'essentiel découplées de celles observées à la surface. En effet, contrairement à l'humidité au sol, l'IWV atteint son maximum en moyenne 20 minutes avant le pic de précipitations. Cela semble indiquer que lorsque les précipitations commencent la condensation devient prépondérante à l'échelle de la colonne atmosphérique toute entière tandis qu'au niveau du sol il y a une forte évaporation. L'étude détaillée des précipitations convectives qui se sont produites sous le vent des Vosges le 18 Juillet 2007 (période d'observation intensive 9a de la campagne Convective and Orographically- induced Precipitation Study - COPS), a permis de mettre en évidence l'apport essentiel du GPS pour l'étude des précipitations convectives dans une région de moyenne montagne. En effet, grâce à une utilisation combinée de mesures radar à haute résolution, d'analyses de surface et de stations GPS (permettant d'observer des structures du champ de vapeur d'eau à petite échelle et haute résolution temporelle, à 2D et 3D), nous avons montré que l'accumulation d'humidité précédait de plusieurs heures l'initiation de la convection et que le déclenchement convectif est favorisé par la convergence du flux d'humidité. Cette dernière est associée à une convergence du vent dans les basses couches, ce qui entraîne un important transport vertical de la vapeur d'eau, observé grâce à la tomographie GPS. La direction du vent en amont du relief s'est révélée contrôler pour beaucoup la localisation des zones de convergence. Le forçage local dû à l'orographie à petite échelle (< 5km) a également été mis en évidence, en complétant les observations par des résultats de simulations numériques à haute résolution.

Dans un contexte de fort déploiement du Photovoltaïque (PV), de plus en plus de recherches sont menées pour assurer une certaine fiabilité et prédictibilité de la production provenant du PV. Les investisseurs se plaignent d’un manque de visibilité dans cette filière et hésitent à investir dans le PV (surtout avec les baisses régulières des tarifs de rachats). Il est donc nécessaire pour le développement de la filière PV de faire des efforts pour étudier, comprendre les systèmes PV en fonctionnement et ainsi donner plus de visibilité pour l’amélioration des systèmes, leur monitoring, une plus grande fiabilité et pouvoir prédire plus précisément le productible PV en améliorant les modèles de prédiction du productible PV déjà existants.C’est dans ce cadre que s’inscrit cette thèse qui a pour but de caractériser les modules PV en conditions réelles d’utilisation en fonction des différentes technologies. Nous étudions, dans cette thèse, les facteurs extérieurs qui influent sur le comportement des modules de différentes filières, pour tenter de rendre le PV plus fiable et prédictible. C’est donc un axe de recherche qui vient en complément de la caractérisation en laboratoire qui a pour objectif l’amélioration des rendements des cellules.Pour y parvenir il est nécessaire, dans un premier temps, de connaitre les paramètres extérieurs qui influent sur le fonctionnement du module et savoir comment les étudier. Une partie de la thèse est par conséquent consacrée à l'étude des facteurs météorologiques et atmosphériques ayant un impact sur le comportement électrique du module ainsi que la mise en place d'instruments et méthodes pour les mesurer. On présente également les avantages et inconvénients de la caractérisation en extérieur.Après avoir exposé tous les paramètres à prendre en compte, on décrit l'installation de plusieurs plateformes de caractérisation de modules PV entièrement automatisées que l'on a monté au cours de cette thèse au LGEP ainsi qu'à l'École Polytechnique et qui ont toutes un objectif particulier.Ce manuscrit montre par la suite les différentes applications et utilités que peuvent avoir de telles plateformes en analysant les données enregistrées régulièrement (toutes les minutes en moyenne) sur des périodes allant de quelques jours à plusieurs mois. On compare, par la même occasion, les données constructeur prises en conditions standard de test et les performances mesurées dans de nombreuses conditions de modules PV. Les résultats obtenus peuvent servir à la fois pour la recherche, l'aide à la compréhension du comportement des modules, par conséquent aide à la prévision du productible d'installation PV et peuvent avoir un rôle pédagogique dans l'enseignement du PV.Enfin, une dernière partie est dédiée à la description et à la démonstration de faisabilité d'une carte qui permet d'obtenir les caractéristiques principales de n'importe quel module PV en les extrayant de la courbe I(V) mesurée. Cette carte, développée au LGEP, a d'autres utilités telles que la recherche du point de fonctionnement maximale du module (MPPT). / Nowadays, photovoltaic (PV) keeps growing fast and an increasing number of studies is require in order to assure the reliability and predictability of the PV-produced electricity. The lack of visibility concerning this field is a continuous source of complaints from the investors who hesitate to commit to PV projects (especially after the decrease of buying prices in Europe). Therefore, to assure the successful increase of PV energy, it is necessary to provide studies aiming at better understanding PV systems in real operations conditions, that means in outdoor conditions.The goal of this doctoral work has been to characterize different PV module technologies in their real use conditions. The outdoor parameters that influence the behavior of different module technologies have been investigated. The goal was to obtain useful information which could make PV-produced electricity more reliable. Therefore, these studies can efficiently complete standard laboratory characterization tests made under a single condition, the purpose of which is usually to determine the efficiency of the different solar cells technologies.To achieve this goal, first it has been necessary to define the outdoor parameters that mainly influence the modules and the most suitable methods to be used for their investigation. For this reason, part of this doctoral work has been devoted to the study of weather and atmospheric factors affecting the electrical behavior of the modules, as well as setting up instruments and methods to measure them. Additionally, advantages and disadvantages of outdoors characterizations have been addressed.Then, after multiple fully automated PV platforms, mounted at the LGEP and at Ecole Polytechnique, thanks to a collaboration with the Laboratoire de Méteorologie Dynamique (LMD). The different applications and uses of these platforms have been highlighted by analyzing data recorded periodically (every minute on average) over periods ranging from days to several months. Manufacturer data, which are acquired in standard test conditions, and the performance measured in several conditions are compared. These results can be used for both research, understanding the behavior of the modules, help in predicting the energy yield of PV system and also to stress the educational role in teaching PV.Finally, the feasibility of an electric card that provides the main characteristics of any PV module by extracting the measured I(V) curve is described. Such electric card, developed at the LGEP, has other uses such as the determination of the maximum operating point.

Les ondes d'est africaines (AEWs) sont des perturbations baroclines synoptiques (périodes 3-5 jours; longueurs d'onde 2000-5000 km) qui se propagent d'est en ouest sur le continent ouest-africain de manière intermittente au cours de la saison de mousson. Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre l'intermittence intra-saisonnière des AEWs en combinant des considérations sur l'origine et le déclenchement des ondes, et sur l'influence de l'environnement de croissance, en particulier le jet d'est africain (AEJ). Une analyse statistique permet de souligner les relations complexes entre les fluctuations intra-saisonnières de l'AEJ, la convection et l'activité en AEWs dans les observations. Une approche de modélisation idéalisée est également adoptée, qui met en oeuvre un modèle atmosphérique global uniquement dynamique et guidé par un terme de forçage constant dérivé des observations. Dans une première configuration, des AEWs sont déclenchées sur un état de base fixe en réponse transitoire à un chauffage convectif appliqué localement en amont de l'AEJ. L'efficacité d'un tel déclenchement est testée sur un large jeu d'états de base constitués à partir des observations pour représenter la variabilité intra-saisonnière de l'AEJ. Il est mis en évidence une forte dépendance de la réponse transitoire à l'état de base. Une deuxième configuration du forçage laisse le modèle libre de développer sa propre activité transitoire. Des AEWs réalistes se développent de manière intermittente dans ce GCM simple. Il est montré qu'elles y sont déclenchées par des précurseurs de nature dynamique, originaires des moyennes latitudes (de l'Atlantique nord en particulier).

L'un des enjeux dans la compréhension des relations Soleil-Terre est l'étude de la dynamique des régions internes de la magnétosphère. Dans ce contexte, l'objectif de mon travail a été de poser les bases d'un modèle opérationnel de détection et de suivi des régions frontières de la magnétosphère à partir du réseau de radars SuperDARN, qui sonde l'ionosphère à haute latitude. L'élaboration d'un tel modèle requiert une réduction de données. Pour cela, une méthode de décomposition en valeurs singulières (SVD) a été appliquée sur la mesure brute (une fonction d'autocorrélation) afin de définir trois nouveaux paramètres statistiques. L'interprétation de ces trois nouveaux paramètres montre que cette approche, bien qu'empirique, offre une description bien plus complète des échos radar que les modèles physiques habituellement utilisés. L'utilisation de ces paramètres avec une méthode de décision Bayésienne permet d'améliorer la détection de la frontière des lignes de champ géomagnétiques ouvertes/fermées. L'introduction d'un formalisme Bayésien comporte plusieurs avantages : il permet de valider le résultat en estimant une erreur sur la localisation, et de plus, il facilite l'introduction de nouvelles connaissances provenant de différents instruments. Ceci est loin d'être négligeable pour compléter les observations des radars SuperDARN. Par ailleurs, les propriétés de ce nouveau modèle ont permis l'élaboration d'un nouvel algorithme de prétraitement et d'analyse des mesures brutes.

La prévision des phénomènes de pollution atmosphérique est l'objectif central de la campagne ESCOMPTE-2001, qui s'est déroulée durant l'été 2001 dans la région très hétérogène de Marseille/Fos/Berre. Cet objectif nécessite une bonne compréhension et prise en compte, par les modèles numériques de physico-chimie, des processus physiques intervenant dans la Couche Limite Atmosphérique (CLA), au sein de laquelle s'effectuent le transport et la diffusion des polluants émis en surface.<br />Dans le cadre de la campagne ESCOMPTE-2001, ce travail de thèse est consacré à l'étude de la basse troposphère en période de brise de mer, situation météorologique défavorable à la qualité de l'air des zones côtières. Il a permis notamment de mettre en évidence une oscillation de l'intensité de la brise de mer et des compétitions de brises de mer locales et régionales, qui modifient le temps d'advection de l'air marin sur la surface terrestre et ont donc des répercussions importantes sur le développement de la CLA et sa concentration en polluants. Ces travaux s'appuient principalement sur le réseau de quatre radars profileurs de vent UHF mis en place sur la zone côtière de Marseille/Fos/Berre, permettant une description en trois dimensions et en continu dans le temps des écoulements de brises de mer et de la CLA.<br />Pour les besoins de cette étude phénoménologique, des développements méthodologiques sont apportés sur la mesure des propriétés turbulentes de la CLA par les radars UHF (termes du bilan de l'énergie cinétique turbulente) et sur leur utilisation en réseau pour l'étude de la trajectographie de panaches de polluants.

Assurer la sécurité routière et maintenir les autorités en état de circulation est une charge qui incombe aux gestionnaires autoroutiers. Cette charge se voit compliquer en période hivernale par des conditions météorologiques difficiles dont la formation de verglas routier. Pour lutter contre ce fléau, il convient de savoir prévoir la température de la surface du revêtement de la chaussée. Une telle approche notamment mise en place au travers du système PREVIROUTE sur l'autoroute de semi montagne A75, a servi de cadre aux études réalisées au cours de cette thèse. Les études du système PREVIROUTE se sont articulées autour de deux thèmes : l'étude de la sensibilité du système aux variables et paramètres du modèle physique de prévision de la température de surface à 24 heures d'échéance qui le constitue et l'étude des performances de ce système dans différentes conditions afin d'en connaître les limites. L'étude de la sensibilité de la prévision de la température de surface aux variables et aux paramètres du modèle a commencé par la constitution d'une base de données contenant huit années de mesures et de prévisions météorologiques relatives à l'autoroute A75. Ensuite, pour cette étude il a été procédé de deux manières différentes. La première a consisté à faire la relation entre les erreurs sur les variables météorologiques prévisionnelles et celles faites sur les prévitions de la température de surface. La seconde a consisté à apporter des variations volontaires sur les variables et paramètres et d'en observer l'influence sur la prévision de la température de surface. Cette étude a permis de conclure que parmi les paramètres du modèle, seule la diffusivité thermique possède une influence considérable sur le modèle. Quant à ce qui concerne les variables atmosphériques alimentant le modèle, ce sont la température de l'air et la nébulosité qui jouent le rôle le plus important par leur intervention dans le calcul des grandeurs radiatives. Par ailleurs, j'ai évalué en utilisant la base de données constituée, la performance du modèle dans diverses configurations. Il fut ainsi possible de distinguer trois phases de fonctionnement pour ce modèle : une première phase diurne où le modèle fournit des prévisions avec un écart moyen de 2,5°C+-3,2°C, une phase noctrune où le modèle fournit des prévisions avec un écart moyen de -0,1°C+-2,1°C et une phase diurne où le modèle fournit des prévisions avec un écart moyen de -1, 1°C+-3,8°C. J'ai pu constater et démontrer que ces performances étaient inchangées quel que soit le mois de prévision, l'état de la surface de la chaussée ou le lieu géographique ce qui fait du système PREVIROUTE un outil performant pour la prévision de la température de surface spécialement en phase nocturne, phase critique en terme de formation de verglas

Dans les tropiques, la convection atmosphérique est fortement modulée à l'échelle intrasaisonnière (périodes de 20 à 90 jours). L'océan jouerait un rôle important dans l'activité atmosphérique à cette échelle. Les variations de Températures de Surface de l'Océan (TSO) perturberaient en effet les flux de surface et déstabiliseraient l'atmosphère pour déclencher un événement convectif organisé à grande échelle. La réponse dynamique associée permettrait alors l'entretien de la convection à l'échelle intrasaisonnière par augmentation des flux de chaleur à la surface. Ces perturbations de TSO sont principalement liées aux perturbations de la température de la couche de mélange et dépendent donc, comme l'énergie disponible pour l'entretien de la convection, de la profondeur de cette dernière. Les résultats d'observations, présentés ici, étayent cette conception thermodynamique de l'origine de la variabilité intrasaisonnière qui permet d'expliquer son lien climatologique avec le cycle saisonnier des moussons. L'impact des perturbations intrasaisonnières de la TSO sur l'organisation des événements convectifs est ensuite étudié au moyen de simulations effectuées avec le modèle de climat LMDZ. Une part importante de la variabilité intrasaisonnière de la TSO est de plus liée à la formation de Couches de Réchauffement Diurne comme le montre le diagnostic effectué à partir d'un algorithme simple forcé par les données ERA-40. La validation de cette démarche au moyen des mesures du réseau global de bouées SVP autorise l'inclusion de cet algorithme dans LMDZ. On vérifie enfin la capacité du modèle à reproduire des CRD réalistes avant de discuter leur effet sur la variabilité intrasaisonnière simulée.