The soil temperature is an essential parameter for the energy balance of the earth. Many methods have been developed to determine summer surface temperature, but the determination in the presence of snow is an ill-conditioned problem since it requires the differentiation of several temperatures (surface of snow, temperature gradient within the snowpack and temperature at the snow/soil interface). Our project was motivated by the need to improve the estimation of soil temperature, within the first centimeters of soil, under the snowpack.The passive microwave remote sensing could provide this information. We showed the potential of the passive microwave brightness temperature inversion at 10 GHz (derived from AMSR-E, version V5) for the estimation of the soil temperature by using a physical multilayer snow model (SNTHERM) coupled with a snow microwave emission model (HUT).The snow model is driven with measurements from meteorological stations (air temperature, precipitation, air relative humidity, wind speed) and data generated by the NARR meteorological reanalysis.The coupled model is validated with in-situ measurements and the retrieved soil temperatures are compared to those derived from the snow model and NARR.The overall root mean square error in the soil temperature retrieval is 3.29 K, which is lower than the error derived from models without the use of remote sensing. This validation must consider the fact that we are comparing temperatures from a point station to that corresponding to an area of 25 x 25 km on the satellite scale. We also show the possibility of mapping the soil temperature. This original procedure constitutes a very promising tool to characterize the soil under snow (frozen or not), as well as its evolution in locations where measurements are unavailable

Au cours des dernières décennies, le nombre d'occurrences de catastrophes naturelles a augmenté sensiblement. Cette augmentation a des conséquences catastrophiques sur les espaces verts, les propriétés et les êtres vivants. L'énorme quantité de dommages a attiré l'attention des chercheurs, des organisations et des secteurs gouvernementaux et non-gouvernementaux vers l'analyse de ces phénomènes, leurs causes et leurs effets. Le but est de pouvoir reconnaître leurs comportements et prédire leur occurrence pour mieux aborder la phase de gestion des risques qui contribue à empêcher leur incidence ou limiter les conséquences. Le risque de d'incendie existe souvent et la présence de dangers est également possible. D'où l'importance de tout effort pour lutter contre de telles crises. Dans cette contribution, le phénomène des incendies de forêt est étudié. Au Liban, les espaces verts ont considérablement diminué au cours des dernières années, ce qui impose une intervention urgente des politiques et le soutien des organisations gouvernementales et non gouvernementales. L'orientation globale est d’aller vers des techniques qui permettent de prédire les risques élevés d'incendie permettant ainsi de prendre des précautions pour empêcher les occurrences d'incendie ou tout au moins limiter leurs conséquences. La prévision des incendies de forêt contribue à prévenir d'une part la fréquence des incendies et d'autre part, à réduire ses impacts sur les êtres vivants, les propriétés et la richesse forestière.... / During the last decades, the number of occurrences of natural disasters has increased noticeably which lead to catastrophic results on human as well as properties and green areas. But despite the huge amount of damages, this helps to draw the attention of researchers, organizations and the various governmental and non-governmental sectors towards analyzing these phenomena, their causes & effects, allowing to recognize their behaviors and the methods to predict their occurrence and thus reaching the phase of risk management contributing to prevent their incidence or limit the consequences. As the risk of happening often exists, the instantaneous presence of dangers is also possible. Here appears the importance of any effort that serves to tackle such crises. In this contribution, the phenomenon of forest fires is studied. In Lebanon, green areas declined dramatically during the last decades, what imposes an urgent intervention with strict governmental policies and support of non-governmental organizations. The global orientation is towards techniques that predict high fire risks, allowing for precautions to preclude fire occurrences or at least limit their consequences. Forest fire prediction proves to contribute in preventing fire occurrence or reducing its catastrophic impacts in worst cases on human lives, properties and green forestry....

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L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre les variations temporelles des signaux altimétriques sur la calotte polaire Antarctique. Nous exploitons les observations effectuées par l'altimètre à bord d'ENVISAT entre janvier 2003 et décembre 2007. Ces observations s'étendent jusqu'à 82°Sud, ce qui permet de couvrir environ 80% du continent Antarctique. Pendant la période d'étude deux fréquences sont exploitables (Bande S, soit 3.2GHz, et Bande Ku soit 13.6GHz), ce qui permet de mieux cerner la sensibilité de la mesure aux variations d'état du manteau neigeux couvrant la calotte polaire Antarctique. L'état de la surface neigeuse en Antarctique varie dans l'espace comme dans le temps, en réponse aux événements météorologiques de proche surface, et tout particulièrement les vents. Selon l'état de la surface, l'onde électromagnétique émise par l'altimètre va pénétrer plus ou moins profondément dans le manteau neigeux, modifiant la forme de l'écho enregistré lorsque cette onde retourne au satellite. La précision des mesures de topographie de la calotte polaire dépend alors de la connaissance des propriétés de surface, ainsi que de la compréhension des mécanismes contrôlant l'interaction des ondes électromagnétiques avec la surface neigeuse. Nous étudions dans cette thèse comment la forme de l'écho altimétrique évolue lorsque les conditions de vent à la surface de la calotte polaire changent, et affectent l'état de la surface. Nous commençons par étudier la variabilité spatiale et temporelle des observations altimétriques d'une part, et des intensités de vent d'autre part (réanalyses des modèles atmosphériques globaux NCEP/NCAR, NCEP/DOE et ERA-Interim). Nous en identifions les échelles de variations spatiales et temporelles caractéristiques. Cela nous permet de concevoir les traitements à appliquer afin d'homogénéiser les différentes sources d'information. Nous constatons que les variations de nos séries temporelles décrivent essentiellement un signal annuel, toujours maximal en été austral pour les variations de vents. En revanche les variations annuelles de la forme d'onde ne sont pas homogènes à l'échelle de la calotte polaire, mais mettent en évidence deux régions principales. Nous utilisons ensuite les propriétés de la forme d'onde altimétrique, et leurs variations temporelles pour reconstruire les variations d'intensité de vents. Nous obtenons de très bonnes cohérences, ce qui atteste la sensibilité de la mesure altimétrique aux changements d'état de la surface induits par les variations de vent. Nous utilisons en dernier lieu un modèle régional (MAR/LGGE), qui prend en compte les interactions des vents avec l'état de la surface avec une résolution spatiale plus fine. Cela nous permet de confirmer les résultats déjà obtenus, et de mettre en valeur les spécificités du modèle MAR. Les méthodes mises en jeu sont empiriques et les résutats obtenus qualitatifs. Nous avons toutefois identifié deux régions majeures, réagissant différemment aux variations de vents, que nous expliquons par l'existence de structures de surface particulières, et un impact différent des vents sur l'état de la surface.

La rupture du ligament croisé antérieur du genou est très fréquente, notamment dans les activités qui impliquent des contraintes en rotation. Une dégénérescence du cartilage articulaire du genou peut par la suite engendrer une arthrose. Le but de cette étude était d’une part dans les pathologies traumatiques et d’autre part dans les pathologies dégénératives, atteignant cette articulation, d’analyser les facteurs prédictifs du contrôle postural et de la récupération fonctionnelle. Les effets d’une rééducation innovante combinant une rééducation conventionnelle réduite avec une rééducation en milieu aquatique ont été comparés à ceux d’une rééducation conventionnelle définie par la Haute Autorité de Santé, sur la cinétique de récupération des compétences proprioceptives et sur l’amélioration fonctionnelle. Le contrôle postural par posturographie et la motricité au moyen de tests cliniques ont été quantifiés chez 67 patients ayant présenté une rupture du ligament croisé antérieur, avant intervention et jusqu’à six mois après intervention chirurgicale. Les effets des paramètres météorologiques sur le contrôle postural et la douleur dans la gonarthrose ont été évalués chez 113 patients, par posturographie et échelle de douleur. Pour une même qualité globale du contrôle postural six mois après ligamentoplastie du genou, les patients ayant suivi le protocole de rééducation innovant utilisaient davantage la somesthésie que ceux ayant suivi une rééducation conventionnelle, qui devaient recourir plus à un mécanisme de compensation. La proprioception était améliorée deux mois après l’intervention chirurgicale par rapport à l’évaluation pré-opératoire chez les patients ayant suivi le protocole innovant. La force musculaire était plus importante chez les patients ayant suivi le protocole de rééducation innovant un mois, deux mois et six mois après intervention. Un mois après l’intervention, la distance de marche parcourue était plus importante chez les patients ayant suivi la rééducation innovante que chez les patients ayant suivi la rééducation conventionnelle. Chez les patients présentant une gonarthrose, une dégradation du contrôle postural était observée lorsque la pression atmosphérique et l’humidité maximale diminuaient au cours de la matinée et lorsque la pression atmosphérique diminuait au cours de la journée. L’augmentation de la douleur était corrélée avec l’augmentation de la température sur la matinée et avec l’augmentation de la température et de l’humidité sur la journée. L’environnement dans lequel évolue le sujet (ex : milieu aquatique, ambiance climatique) a donc une influence sur la performance du contrôle postural. Une meilleure prise en charge en rééducation post-ligamentoplastie du genou permettrait de limiter la nécessité de compensation sur le membre contralatéral par une meilleure utilisation de la somesthésie et ainsi prévenir la survenue de l’arthrose et d’une rupture ligamentaire contralatérale. Ceci permettrait de limiter les coûts socio-professionnels / The knee can suffer damage from either traumatic or degenerative pathology. Anterior cruciate ligament (ACL) injuries frequently occur, especially in activities that including rotational stresses. Degeneration of the articular cartilage of the knee can subsequently result in osteoarthritis. The aim of this study was to analyze the predictive factors of postural control and recovery in traumatic injuries and also in degenerative pathologies of the knee. The effects of an innovative rehabilitation protocol combining reduced conventional rehabilitation with aquatic rehabilitation were compared with conventional rehabilitation defined by the National French Health Authority on the kinetics of recovery of proprioceptive skills and functional improvement. Postural control and motor control using clinical tests were quantified in 67 patients with ACL surgery before and up to six months after surgery. The effects of meteorological parameters on postural control and pain in knee osteoarthritis were evaluated in 113 patients, using posturography and also a pain scale. Six months after knee ligament surgery, both groups attained the same quality of postural control. However, patients who followed the innovative protocol made more used of proprioceptive inputs compared to the group who underwent conventional rehabilitation who made more use of a compensation mechanism. In patients following the innovative protocol proprioception was improved two months after surgery compared to before surgery. Muscle strength was higher in patients who followed the innovative rehabilitation protocol at one, two and six months after surgery. One month after surgery, the walking distance traveled was higher in patients who underwent innovative rehabilitation than in patients who had undergone conventional rehabilitation. In patients with knee osteoarthritis, degradation of postural control was observed when atmospheric pressure and maximum humidity decreased during the morning and when atmospheric pressure decreased during the entire day. Increased pain was correlated with increased temperature in the morning and with increased temperature and humidity during the entire day. The environment in which evolves the subject (aquatic, climatic) thus has an influence on postural control performance. A better management in post-ligamentoplasty rehabilitation of the knee would reduce the need for compensation using the contralateral limb, by better use of somesthesia. This could prevent the occurrence of osteoarthritis and a contralateral ACL injury, which would also reduce costs to the society and health care

Cette étude a été menée dans le bassin versant du lac Tana situé dans le haut bassin du Nil Bleu en Ethiopie, où les enjeux liés à l'exploitation des ressources en eau sont critiques et la disponibilité de données pertinentes est faible. L'étude est divisée en trois parties principales qui comprennent l'évaluation de la qualité et l'analyse des données existantes, l'évaluation de l'applicabilité d'un modèle hydrologique à base physique et le calcul des bilans en eau et des matières en suspension du lac Tana. Les couvertures spatiales et temporelles des variables hydro-météorologiques ont été évaluées à partir des méthodes recommandées dans la littérature. L'analyse des jeux de données hydro-météorologiques comprend le contrôle de la qualité des données, et la détermination de leurs caractéristiques spatiales et temporelles. L'applicabilité du modèle hydrologique à base physique a été évaluée sur deux bassins versants. Cet exercice de modélisation a montré l'intérêt des méthodes de désagrégation temporelle pour générer des données météorologiques à des échelles de temps plus courtes. Compte tenu de la qualité des données utilisées, la performance du modèle dans deux des bassins versants a été jugée satisfaisante. Le bilan en eau du lac Tana a été calculé au pas temps mensuel ce qui a impliqué l'estimation des différents termes. Un modèle dynamique et conceptuel a été utilisé pour estimer les contributions des bassins versants pour lesquels les données hydrométriques sont manquantes. Les résultats du calcul sont généralement bons et les niveaux observés du lac sont reproduits de manière satisfaisante. L'estimation du bilan des matières en suspension pour le lac a nécessité le développement et l'utilisation des courbes débit-concentration et un modèle régional. Les résultats présentés dans ce travail sont utiles pour la planification et la gestion des ressources en eau dans cette région d'Ethiopie.

L'énergie éolienne est aujourd'hui la source d'énergie renouvelable en plus forte expansion. Le caractère variable et partiellement contrôlable de sa production complexifie la gestion du système électrique. L'utilisation dans divers processus de décision, de prédictions du niveau de production à des horizons de 2-3 jours, permet une meilleure intégration de cette ressource. Certaines situations donnent néanmoins lieu à des performances de prédiction insatisfaisantes. Des erreurs dans la prédiction de l'instant d'apparition de variations brusques et importantes de la production, peuvent être responsables d'importants déséquilibres énergétiques, et avoir un impact négatif sur la gestion du système électrique. L'objectif de cette thèse est de proposer des approches permettant d'une part de caractériser ces variations, et d'autre part de prédire et d'estimer l'incertitude dans l'instant de leur apparition. Dans un premier temps, nous étudions différentes formes de caractérisation de ces variations. Nous proposons un modèle de rupture permettant de représenter le caractère aléatoire dans la proximité des ruptures d'un signal, tout en tenant compte des aspects borné et non-stationnaire du processus de production. A partir de simulations issues de ce modèle, nous réalisons une étude paramétrique destinée à évaluer et comparer les performances de différents filtres et approches multi-échelles de détection. Dans un deuxième temps, nous proposons une approche de prédiction probabiliste de l'instant d'apparition d'une rupture, reposant sur l'utilisation de prévisions météorologiques ensemblistes. Leur conversion en puissance fournit différents scénarii de la production, à partir desquels sont agrégées les prédictions de l'instant d'apparition d'une rupture. L'incertitude associée est représentée à l'aide d'intervalles de confiance temporels et de probabilités estimées conditionnellement. Nous évaluons la fiabilité et la finesse de ces estimations sur la base de mesures de production provenant de différentes fermes éoliennes.

La météorologie tropicale est un élément majeur pour le fonctionnement de l’atmosphère et pour le climat terrestre. Le satellite Megha-Tropiques regroupe des instruments de télédétection utilisant des algorithmes de restitution complexes. Cette thèse participe à la mise au point de stratégies de validation de ces algorithmes par l’acquisition d’une meilleure connaissance de la phase glacée des systèmes convectifs de méso-échelle (MCS) tropicaux, en s’appuyant sur la campagne de mesures réalisée à Niamey au Niger à l’été 2010. De nombreux MCS à fort contenu en glace (IWC, Ice Water Content) ont été documentés à la fois par une instrumentation aéroportée, et par des radars au sol. Les informations obtenues grâce aux sondes aéroportées, et l’utilisation d’une loi masse-diamètre permettent de calculer une valeur de réflectivité Zin-situ. Le développement d’une méthode de colocalisation des mesures réalisées par les radars sol sur la trajectoire de l’avion a abouti à la validation du calcul de Zin-situ. La relation entre la réflectivité et l’IWC n’a pas été clairement observée pour le radar-précipitation du MIT. De plus, l’IWC est mieux documenté avec un radar-nuage qu’avec un radar-précipitation car ce dernier est trop sensible aux cristaux de grande taille. Les mesures in-situ s’avèrent donc indispensables pour obtenir l’information microphysique utile à la validation des algorithmes de restitution satellites et elles ne peuvent pas être remplacées par des mesures de réflectivités effectuées depuis le sol. L’utilisation du modèle numérique WRF (Weather Research and Forecasting) pourrait également permettre de connaître au mieux les MCS. Pour le cas d’étude analysé dans cette thèse, la modélisation a généré une ligne de grains mais n’a pas reproduit correctement toutes les caractéristiques du MCS réellement observé. Des différences dynamiques et microphysiques sont apparues. L’analyse du champ de réflectivité simulé grâce aux CFAD (Contoured Frequency by Altitude Diagrams) a montré une sous-estimation de la réflectivité par rapport aux observations. L’utilisation du schéma microphysique de Morrison, plus complexe que celui de Thompson initialement employé, n’a pas permis d’améliorer les résultats. Les performances du modèle WRF ne sont pas encore suffisantes pour aider à la validation des algorithmes de restitution satellites. / Tropical meteorology is a major issue for atmospheric physics and earth’s climate. The Megha-Tropiques satellite combines several teledetection instruments which need complex restitution algorithms. This work contributes to the development of validation’s strategies for these algorithms. This requires a better knowledge of the tropical mesoscale convective systems’ (MCS) ice phase. In this thesis, we use data from the Niamey’s (Niger) campaign, which took place during summer 2010. Numerous MCS with high Ice Water Content (IWC) were analyzed with an airborne instrumentation and ground radars. Reflectivity Zin-situ is calculated using airborne microphysic probes’ information and a mass-diameter relationship. A spatial and temporal interpolation technique is developed to colocalize the aircraft position with ground radar measurements. This method leads to the validation of Zin-situ calculation. The relationship between reflectivity and IWC is not satisfactory for the MIT precipitation radar. Moreover, the cloud radar gives better informations about the IWC than the precipitation radar. Indeed, precipitation radars are too sensitive to large ice crystals. Therefore, in-situ measurements are essential to get microphysic information in order to validate restitution algorithms used by satellites. They can’t be replaced by ground based reflectivity measurements. The WRF (Weather Research and Forecasting) model was used in order to get a better knowledge of MCS. In this work, we analyzed one case study. For this case, WRF generates a typical squall line but it doesn’t correctly reproduce every observed characteristics. Several dynamical and microphysical differences appear between simulation and observations. The simulated reflectivity field is analyzed by CFAD (Contoured Frequency by Altitude Diagrams) and it shows a general underestimated reflectivity compared to the observations. The Thompson microphysic scheme is replaced by the more complex Morrison scheme, but this modification doesn’t improve the results of the simulation. Consequently, the WRF model isn’t yet efficient enough to help with the restitution algorithms’ validation.

Dans un contexte de changements globaux, la fonction de "puits" de carbone (C) des tourbières est susceptible de basculer vers une fonction "source", en libérant dans l'atmosphère de grandes quantités de C initialement stockées dans la tourbe. Cette thèse vise à caractériser et quantifier, à différents niveaux d'organisation, i) l'impact d'un réchauffement climatique sur le fonctionnement biogéochimique (C-N-S) d'une tourbière à Sphaignes et ii) l'impact de la restauration d'une tourbière abandonnée après exploitation sur les interactions entre les plantes recolonisatrices (Eriophorum angustifolium), la macrofaune (Lumbricus rubellus) et les microorganismes potentiellement impliqués dans la régénération du processus de tourbification. Le fonctionnement de la tourbière et les interactions biotiques ont été étudiées par couplage des cycles C-N-S et traçage isotopique 13C-15N-34S. Une augmentation modérée de + 1°C simulée par "Open Top Chambers" (OTCs) diminue significativement les flux de C à l'échelle de l'écosystème, la production primaire des Sphaignes et le compartiment microbien étant les plus affectés. A l'échelle des communautés, l'activité des bactéries anaérobies, des champignons et des protozoaires (estimée par SIP 13C-PLFAs) est significativement ralentie. Nous avons montré qu'un organisme ingénieur comme le ver de terre L. rubellus jouait un rôle positif dans le recyclage de la matière organique en fournissant indirectement des éléments (C > N > S) à la plante. Ces transferts seraient dépendants des traits fonctionnels de l'organisme. A l'échelle de l'individu, nous avons caractérisé par approche NanoSIMS, les transferts "anticorrélés" N-S ver de terre --> tourbe.

Le rayonnement solaire est la variable la plus importante pour le calcul du bilan thermique du bâtiment. Son calcul requiert des relations géométriques pour la composante directe et un modèle de ciel pour distribuer le rayonnement diffus sur la voûte céleste. Des modèles développés pour des collecteurs solaires sont utilisés pour calculer le rayonnement solaire atteignant l'enveloppe du bâtiment. Des outils calculent le rayonnement en adaptant des modèles de ciel développés pour l'éclairage naturel. Bien que ces modèles de ciel, avec des genèses différents, servent à calculer le rayonnement solaire, il convient de préciser quel est le plus adapté pour travailler en milieu urbain.En nous appuyant sur une étude des données météorologiques, des modèles de ciel et des techniques numériques, on a mis en place un code susceptible de calculer le rayonnement direct (soleil) et diffus (ciel) et leur interaction avec la géométrie urbaine. La nouveauté réside dans l'évaluation du rayonnement solaire en utilisant un modèle de ciel isotrope et deux anisotropes. L’interaction entre ces modèles et la géométrie urbaine est mise en évidence avec une série d’exemples géométriques progressivement plus complexes. Des méthodes pour tuiler la voûte céleste sont présentées. Les différences entre le rayonnement calculé avec les modèles anisotropes (le modèle de source ponctuelle et le modèle tout temps de Perez) qui sont peu importantes dans une scène dégagée, deviennent significatives dans une scène urbaine. Des contributions ont également été apportées à la mise en place d’une station météorologique ainsi que des procédures pour l’analyse statistique des données et leur contrôle de qualité. / Solar irradiation is the most important parameter for building thermal simulation. Its calculation requires geometrical relationships for the direct radiation from the Sun and a sky model to distribute the radiance over the sky vault. Sky models developed for solar collectors are used to calculate the building’s solar irradiation availability. Some software calculates building’s irradiation by adapting sky models for lighting simulations. These models allow to compute solar irradiation, but the selection of the most suitable model for urban applications has not been defined clearly enough. We developed a code, based on the study of numerical methods, sky models and the necessary meteorological data. It calculates the solar irradiation availability in the urban context. The novelty lies in its capacity to evaluate the solar irradiation from the Sun and the sky by using three sky models: one isotropic and two anisotropic. The interaction between each sky model and the urban context is made clear in a series of progressively more complex geometric examples. Procedures to partition the sky vault are presented.Differences between the predicted irradiance by the anisotropic models (Perez punctual source and Perez All-Weather) are classified as small and large in unobstructed and obstructed scenes respectively. Contributions have also been made to set up a meteorological station. Statistical analyses as well as quality control procedures of meteorological data were also implemented.