La mesure quantitative de la pluie à l'aide du radar météorologique est soumise à la représentation de la distribution granulomètrique des gouttes d'eau à l'intérieur du système précipitant. Or actuellement une hypothèse forte est faite par les systèmes opérationels telle que la granulomètrie est invariante spatio-temporellement et donc caractérisée par un profil vertical de réflectivité et une relation de passage entre réflectivité et intensité de pluie uniques.<br /><br />Dans un premier temps nous avons élaboré un protocole de séparation des types de pluie à l'aide de la mesure du radar volumétrique de Bollène en nous basant sur les travaux antérieurs de Steiner et al.,1995 et Sanchez-Diezma et al. 2000. Ainsi nous avons régionalisé, sur les images radar de chaque pas de temps, deux classes de types de pluie: convectif stratiforme à bande brillante. A partir de cette séparation une application de correction de PVR propre à chaque région à été mise en place ainsi qu'un traitement réflectivité/pluie propre à chaque type de pluie. <br /> <br />Dans un deuxième temps une expérimentation granulomètrique des pluies cévenoles à été développé sur le site d'Alès durant l'automne 2004. Les mesures issues de cette étude ont permis de tester l'optimabilité de plusieurs méthodes de calculs de relations Z-R et également de proposer une relation propre aux cellules convectives en faisant le lien avec les mesures du radar de Bollène.

La mesure de la visibilité météorologique est un élément important pour la sécurité des transports routiers et aériens. Nous proposons dans ce travail de recherche un indicateur de la visibilité météorologique adapté aux caméras fixes de vidéo surveillance du réseau routier. Il est fondé sur le module du gradient sélectionné dans des zones dont le comportement suit une loi de réflexion de Lambert vis à vis des conditions d'éclairage. La réponse de cet indicateur est issue d'une modélisation fondée sur une hypothèse de la distribution des profondeurs dans la scène. Celle-ci est calibrée avec des données provenant d'un visibilimètre ou bien avec une carte de profondeurs issue d'un modèle numérique de terrain. Les estimations sont ensuite comparées avec des données de référence obtenues par un visibilimètre et montrent une erreur moyenne similaire pour des images prises dans différentes conditions d'éclairage et de visibilité météorologique / The measurement of the meteorological visibility is an important element for the safety of road and air transport. We propose in this thesis a meteorological visibility indicator adapted to video surveillance cameras of the road network. This descriptor is based on the module of the gradient selected in areas that follow Lambert's reflection law. The response of this descriptor is derived from a model based on the statistical distribution of depth in the scene. Calibration is performed with data from a visibilimeter, or with a depth map from a digital terrainmodel. The results are then compared with reference data obtained from a visibilimeter and show a similar mean error for images taken in different illumination and meteorological visibility conditions

La décrue post-Petit Age Glaciaire en Haute Maurienne est abordée dans cette étude par trois angles de vision complémentaires. Les évolutions de l'englacement du bassin versant du Haut Arc pendant la décrue glaciaire post Petit Age Glaciaire sont reconstituées sur un échantillon d'une trentaine de glaciers à l'aide de différentes sources documentaires (archives, témoins géomorphologiques, clichés aériens et scènes satellitales). Les résultats sont exprimés sous la forme d'une série de cartes d'extension des glaciers et de diagrammes des surfaces relatives sur la période d'étude (1850-2000). Ces données aboutissent à une typologie des modes de décrue, révèlant un couplage efficace entre les forçages climatiques et ces glaciers alpins. La décennie 1990-2000 est marquée par une accélération synchrone de la décrue sur l'ensemble des glaciers.<br />Dans un deuxième temps, les impacts de la décrue sur l'hydrosystème proglaciaire sont étudiés à travers les enregistrements pluri décennaux des débits journaliers d'un torrent glaciaire (l'Avérole). Les analyses montrent une modification majeure du régime du torrent proglaciaire au cours de la dernière décennie. Cette évolution est interprétée comme une intensification du forçage climatique actuel. L'analyse à un pas de temps très fin d'un glacier instrumenté de 2002 à 2005 aboutit à un outil de suivi quotidien des caractéristiques du réseau de drainage glaciaire. Il s'avère que l'efficacité du réseau de drainage augmente fortement au cours de la saison d'ablation, principalement par un accroissement de la perméabilité du glacier. L'analyse des hydrogrammes de crue nous renseigne sur l'intensité des processus d'ablation à un pas journalier reliant les phénomènes de surface à la structure du réseau de drainage glaciaire. <br />Les impacts de la décrue sur le milieu glaciaire montrent une modification significative de l'environnement des glaciers au cours des 150 dernières années. La genèse des aléas d'origine glaciaire se transforme avec cette évolution du milieu, avec des atténuations ou au contraire l'apparition de nouveaux phénomènes. L'intensification de la décrue au cours de la dernière décennie induit la formation d'aléas préoccupants.

Les modèles climatiques à résolution variable, dont les modèles à grille étirée, permettent l'utilisation d'une fine résolution sur les zones d'intérêts, résolution hors d'atteinte pour les modèles mondieux. L'approche à résolution variable possède aussi l'avantage d'une grande efficacité concernant l'utilisation des ressources de calcul. L'absence dans de tels modèles de conditions aux frontières latérales représente aussi un atout pour la simulation du climat à l'échelle mondiale mais aussi régionale. Cette étude à pour objectif d'évaluer la simulation du climat nord-américain à l'aide de la configuration à résolution variable du Global Multiscale model (SGM-GEM) afin d'évaluer les bénéfices respectifs de localiser la zone de haute résolution localement, au-dessus de l'Amérique du Nord, ou au-dessus du Pacifique équatorial, région de forçage important pour la variabilité du climat nord-américain. De plus, nous avons étudié les bénéfices potentiels de l'approche à résolution variable avec une emphase sur les téléconnections entre les anomalies de la température de surface de la mer et le climat nord-américain. Nous avons évalué des ensembles de simulations de prédiction saisonnière des mois hivernaux d'années ENSO sélectionnées. Les ensembles comprennent 10 membres pour chacune des configurations du SGM-GEM présentées précédemment. En comparaison avec la version de GEM à grille uniforme (simulation de référence), il a été démontré que les simulations utilisant l'approche à résolution variable, pour chacune des configurations, reproduisent généralement mieux les observations au-dessus de leurs zones à haute résolution, malgré une détérioration de certaines variables. De plus, certaines erreurs systématiques observées dans la simulation de référence demeurent présentes dans les simulations du SGM-GEM. La localisation de la zone de haute résolution au-dessus d'une zone de forçage important (Pacifique équatorial) ne semble pas provoquer une amélioration nette du climat au-dessus de la région d'intérêt (Amérique du Nord) pour les simulations climatiques multi-annuelles. Chacune des configurations du SGM-GEM testée simule des téléconnections réalistes associées au mode dominant de la variabilité interannuelle des anomalies de la SST du Pacifique équatorial. Les simulations SGM-GEM avec la zone de haute résolution au-dessus du continent nord-américain reproduisent avec plus de précision les anomalies de la température près de la surface et obtiennent de meilleures résultats d'analyse (skill scores) pour l'ensemble du continent. Par contre, aucune configuration ne semble indiquer une amélioration claire de la simulation du géopotentiel à 500hPa au-dessus du continent. Les erreurs dans la prévision du rapport signal-bruit est le résultat des non-linéarités des réponses aux deux composites ENSO et interprétées comme le résultat des incohérences des réactions du modèle atmosphérique aux différentes anomalies de la température de surface de la mer. Les résultats de cette étude ne peuvent démontrer que, dans un contexte de prédiction saisonnière, l'approche à résolution variable représente un avantage en comparaison à l'approche à résolution uniforme. L'amélioration de la prédiction des champs de surface produite par les simulations SGM-GEM semble être reliée à une représentation plus précise du bilan radiatif de surface et à d'autres processus de surface directement liés au schéma de surface utilisé. ______________________________________________________________________________

Ce travail de thèse s'appuie sur l'utilisation du modèle couplé hydro-météorologique SAFRAN-ISBA-MODCOU.<br />D'abord, la modélisation couplée du bassin de la Seine est mise en place, en utilisant une représentation détaillée des aquifères du bassin. La capacité de SIM à simuler les différentes composantes des bilans d'eau et d'énergie, le comportement du souterrain, et donc les débits, est présentée. En particulier, SIM est évalué pour la simulation des crues lentes de la Seine à Paris.<br />Ensuite, une chaîne temps réel de prévision d'ensemble des débits sur la France, basée sur SIM, est construite, où ISBA et MODCOU sont forcés par les prévisions d'ensemble météorologiques du CEPMMT désagrégées. Une analyse statistique de la qualité des prévisions d'ensemble de précipitations désagrégées et des prévisions d'ensemble de débit est effectuée sur près d'un an de prévision. Enfin, une étude des prévisions d'ensemble de plusieurs cas de grandes crues du passé récent est présentée.

La mesure de la visibilité météorologique est un élément important pour la sécurité des transports routiers et aériens. Nous proposons dans ce travail de recherche un indicateur de la visibilité météorologique adapté aux caméras fixes de vidéo surveillance du réseau routier. Il est fondé sur le module du gradient sélectionné dans des zones dont le comportement suit une loi de réflexion de Lambert vis à vis des conditions d'éclairage. La réponse de cet indicateur est issue d'une modélisation fondée sur une hypothèse de la distribution des profondeurs dans la scène. Celle-ci est calibrée avec des données provenant d'un visibilimètre ou bien avec une carte de profondeurs issue d'un modèle numérique de terrain. Les estimations sont ensuite comparées avec des données de référence obtenues par un visibilimètre et montrent une erreur moyenne similaire pour des images prises dans différentes conditions d'éclairage et de visibilité météorologique

Cette thèse porte sur l'émergence des sciences de l'atmosphère comme discipline scientifique au Canada dans l'après-guerre. La période 1945-1975 est marquée non seulement par une croissance rapide de la recherche et de la formation, mais aussi par la constitution d'un corps de chercheurs canadiens, un groupe social qui se démarque des premiers chercheurs dispersés, peu organisés et souvent ne disposant pas de leurs propres institutions scientifiques. Nous insistons sur la politique scientifique et les institutions dominantes dont l'évolution donne lieu à des moyens formels pour la promotion de la discipline. C'est ainsi que les élites scientifiques taillent une place pour les sciences de l'atmosphère à l'intérieur des institutions bureaucratiques fédérales, à travers les universités canadiennes, et au sein du champ scientifique mondial. La recherche en sciences de l'atmosphère se démarque alors des travaux routiniers en météorologie et en climatologie dans le laboratoire gouvernemental, tandis que, dans le milieu universitaire, elle cesse d'être sous la tutelle de la physique et de la géographie. En même temps, la communauté des chercheurs en sciences de l'atmosphère se distance de leurs collègues américains et britanniques, et leurs réseaux se renforcent à l'échelle régionale et à l'échelle nationale. Nous faisons ressortir les dynamiques des institutions dominantes en analysant notamment la correspondance et les rapports produits par les élites scientifiques, en faisant usage de méthodes bibliométriques et en examinant des documents scientifiques produits durant cette époque. Notre approche synchronique nous permet de traiter plusieurs aspects du développement des sciences de l'atmosphère en milieu universitaire et en milieu gouvernemental, notamment à travers les interactions avec les milieux politiques, scientifiques et militaires. Nous montrons comment les circonstances locales et les agencements d'intérêts politiques et scientifiques permettent aux sciences de l'atmosphère de se développer à plusieurs endroits au pays. La discipline s'adapte en fonction des priorités socioéconomiques régionales et nationales, des ressources mises en disponibilité par les militaires, ainsi que de la popularité croissante des enjeux environnementaux. En replaçant la production des connaissances dans des espaces disciplinaires, institutionnels et géographiques précis, cette thèse fait la lumière sur certains volets de l'évolution des sciences de l'atmosphère durant la guerre froide que l'historiographie de cette discipline avait peu abordés. Par exemple, bien que les chercheurs de ce domaine au Canada conservent une certaine autonomie vis-à-vis les institutions militaires canadiennes et américaines, ils en tirent de puissants bénéfices, directs et indirects. En décrivant la science gouvernementale en termes de « services de recherche » et en insistant sur les élites qui circulent à travers différents milieux institutionnels, notre étude nous permet de saisir les modalités de développement de ce secteur d'activités scientifiques, en analysant notamment les tensions entre recherche fondamentale et recherche appliquée ainsi que les négociations entre la communauté scientifique et la sphère bureaucratique. Cette analyse nous permet ainsi de faire de la science gouvernementale un élément central de l'histoire de sciences au Canada dans l'après-guerre. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Canada, histoire des sciences, météorologie, climatologie, sciences de l'atmosphère, gouvernement fédéral, universités

Ces dernières années, de nombreux efforts ont été entrepris pour mieux comprendre les phénomènes précipitants parfois à l’origine de crues de cours d’eau et d’inondations ravageuses. Courant 2009, un consortium auvergnat a été mis en place pour notamment surveiller et prévoir ces événements. Les travaux menés dans cette thèse visent d’une part à améliorer les estimations quantitatives des précipitations (QPE) et d’autre part à vérifier les prévisions issues de modèles numériques sur de petites zones d’étude telles qu’une agglomération. L’observation des précipitations peut être réalisée à l’aide soit d’un pluviomètre qui fournit une mesure directe et précise de la quantité de pluie tombée au sol mais ne renseigne pas sur la variabilité spatiale des pluies soit d'un RADAR météorologique qui donne une représentation détaillée de la structure spatiale des précipitations mais dont les estimations sont sujettes à diverses erreurs d’autant plus prononcées en régions montagneuses. Le premier défit de cette thèse a été de trouver la meilleure façon de combiner ces deux informations complémentaires. Deux techniques géostatistiques ont été sélectionnées pour obtenir la meilleur QPE : le krigeage avec dérive externe (KED) et la fusion conditionnée (MERG). Les performances de ces deux méthodes ont été comparées au travers de deux domaines d’étude qui présentent des résolutions spatio-temporelles différentes. La seconde partie de cette thèse est consacrée à la mise en place d’une méthodologie fiable permettant de comparer spatialement les champs de QPE alors reconstruits et les prévisions quantitatives des précipitations (QPF). L’effort fut porté sur le modèle « Weather Research et Forcasting » (WRF). Une étude préliminaire a été réalisée pour tester les capacités du modèle et plus particulièrement des schémas de microphysique à reproduire la pluie. Cette étude assure ainsi l’obtention de prévisions réalistes pour une application sur des cas réels. L’appréciation de la qualité des QPF s’est focalisée sur la quantification spatiale des erreurs de prévision en termes de structure, d’intensité et de localisation des systèmes précipitants (SAL : Wernli et al. 2008, 2009). / In the last decades, many efforts were made to better understand the origins of rain that sometimes lead to rivers runoff or devastating floods. In 2009, a consortium took place in Auvergne in order to observe and predict these events. These works were focused on the improvement of quantitative precipitation estimations (QPE) and the verification of numerical weather models over small areas such as urban environment. Rainfall measurement could be operated either by rain gauges which provides direct and precise rainfall estimations but unfortunately cannot capture the spatial variability or by using weather RADAR which provides a detailed spatial representation of precipitation but estimates are derived indirectly and are subject to a combination of errors which are most pronounced over complex terrain. The main issue of these works was to find the best way to combine both observational systems which are complementary as well. In order to obtain the more truthful fields of QPE, two geostatistical techniques were selected: the kriging with external drift (KED) and the conditional merging (MERG). The performances of these two methods have been experienced on two catchments with different spatial and temporal resolutions. The second part of these works is focused on a reliable method for QPE comparison and quantitative precipitation forecast (QPF). The main effort was focused on the “Weather Research and Forecasting” (WRF) model. A preliminary study was made to check the performances of the microphysics schemes of the model to ensure realistic forecasts for an application on real cases. The spatial verification of the model set up contains three distinct components that consider aspects of the structure, amplitude and location of the precipitation field (SAL : Wernli et al. 2008, 2009).

Le modèle SAFRAN-ISBA-MODCOU est évalué et sa physique améliorée. L'analyse météorologique SAFRAN est tout d'abord validée en détail. Le modèle de surface ISBA est ensuite modifié pour mieux décrire la conductivité hydraulique dans le sol. Une stratégie de calibration est définie et appliquée à l'échelle de la France. Le modèle amélioré est finalement utilisé pour évaluer les impact du changement climatique en région méditerranéenne. Un scénario d'un modèle de climat régional est désagrégé en utilisant deux méthodes différentes. L'étude montre que les incertitudes liées à la désagrégation sont importantes. L'incertitude liée au modèle d'impact est moindre, mais doit être prise en compte pour les extrêmes. Dans cette région, les débits extrêmes, et parfois, moyens, augmenteront pendant la première moitiée du XXIème siécle. A la fin du siècle, le scénario indique une baisse des débits moyens et une stabilité des débits extrêmes, ce qui conduit à une augmentation de la variabilité.

L'AMÉLIORATION DES TECHNIQUES D'OBSERVATION DES PRÉCIPITATIONS À L'ÉCHELLE RÉGIONALE EST L'UN DES ENJEUX FORTS DE L'OBSERVATOIRE HYDROMÉTÉOROLOGIQUE MÉDITERRANÉEN CÉVENNES-VIVARAIS. SUITE À UNE PREMIÈRE EXPÉRIMENTATION RÉALISÉE À BOLLÈNE À L'AUTOMNE 2002, LES DONNÉES RECUEILLIES PAR LE RADAR MÉTÉOROLOGIQUE OPÉRATIONNEL DE BOLLÈNE DU RÉSEAU ARAMIS ONT SERVI DE SUPPORT À UNE CHAÎNE D'ALGORITHMES MISE AU POINT POUR L'ESTIMATION QUANTITATIVE DES PRÉCIPITATIONS AU SOL. <br />NOTRE CONTRIBUTION À CES TRAITEMENTS CONCERNE PARTICULIÈREMENT UNE SOURCE D'ERREUR POUR LA MESURE DES PRÉCIPITATIONS PAR RADAR MÉTÉOROLOGIQUE : L'HÉTÉROGÉNÉITÉ VERTICALE DES PRÉCIPITATIONS. NOUS NOUS PLAÇONS DANS LA CONTINUITÉ DE LA MÉTHODE À BASE STATISTIQUE D'IDENTIFICATION DU PROFIL VERTICAL DE RÉFLECTIVITÉ PAR INVERSION PROPOSÉE PAR ANDRIEU ET CREUTIN (1995). NOUS AVONS ÉTENDU CETTE MÉTHODE AU CAS DE SUPPORTS GÉOGRAPHIQUES ÉVOLUTIFS DANS LE TEMPS AFIN DE CONSIDÉRER LE TYPE DE PRÉCIPITATIONS (CONVECTIF, STRATIFORME). <br />L'ÉVALUATION DES TRAITEMENTS, PAR LA CARACTÉRISATION DE L'INCERTITUDE DE L'ESTIMATION DE PLUIE PAR RADAR, EST UN ASPECT IMPORTANT DU TRAVAIL. NOUS AVONS DÉVELOPPÉ UNE TECHNIQUE BASÉE SUR LA GÉOSTATISTIQUE POUR ÉTABLIR UNE PLUIE DE RÉFÉRENCE À PARTIR DE DONNÉES PLUVIOMÉTRIQUES. NOUS AVONS ÉGALEMENT DÉVELOPPÉ UN MODÈLE POUR CARACTÉRISER LA STRUCTURE STATISTIQUE DES ERREURS AINSI QUE LEUR STRUCTURE SPATIO-TEMPORELLE. <br />NOUS AVONS ENFIN DÉVELOPPÉ UNE APPROCHE D'IDENTIFICATION DU PVR À BASE PHYSIQUE. EN DIMINUANT LE NOMBRE DE PARAMÈTRE PAR RAPPORT À LA MÉTHODE INITIALE ET EN INTRODUISANT DES CONTRAINTES PLUS PHYSIQUES, CETTE APPROCHE VISE À AMÉLIORER LA ROBUSTESSE D'IDENTIFICATION DU PVR.