Des épisodes de précipitations intenses se produisent fréquemment sur les Alpes durant la saison automnale, occasionnant régulièrement de nombreux dégâts matériels et humains.<br />L'amélioration de leur prévision est un enjeu majeur de la météorologie opérationnelle actuelle.<br />En 1999, le programme MAP (Mesoscale Alpine Programme) a été mis en place afin de recueillir une base de données importante décrivant plusieurs de ces épisodes.<br />Certains de ces épisodes ont été simulés à l'aide du modèle non-hydrostatique Meso-NH.<br />L'attention est d'abord portée sur la sensibilité de la prévision d'un épisode fortement convectif au schéma microphysique utilisé, ainsi qu'aux conditions initiales. Ensuite l'étude est élargie à deux autres évènements et il est mis en évidence des comportements microphysiques différents en fonction des caractéristiques du flux incident.

La prévision de l'intensité des cyclones tropicaux est aujourd'hui un enjeu scientifique majeur. Parmi de nombreux facteurs multi-échelle, l'impact de la microphysique nuageuse et des aérosols sur les variations d'intensité a été récemment mis en évidence. Cette problématique a motivé l'évaluation du schéma microphysique à 2-moments LIMA en milieu tropical et le développement d'un couplage avec le schéma d'aérosols ORILAM au sein du modèle atmosphérique Meso-NH. L'intérêt de ce développement numérique est d'inclure l'émission des aérosols marins en fonction des vents cycloniques et des paramètres océaniques. L'application de ce couplage aérosols-microphysique à la simulation du cyclone tropical Dumile (2013) montre que le modèle couplé tend à améliorer la représentation de l'intensité, la trajectoire, la structure microphysique du cyclone tropical et les précipitations associées, en comparaison avec les observations. La production secondaire des cristaux de glace est également un thème de recherche actif en microphysique nuageuse. Ainsi, une paramétrisation du processus de rupture collisionnelle de la glace a été implémentée dans le schéma microphysique LIMA. L'impact de ce processus a été testé sur le développement d'un orage des moyennes latitudes et sur le cyclone tropical Dumile. Les deux cas d'étude ont des réponses similaires vis-à-vis de ce processus : une augmentation de la concentration et de la masse des cristaux de glace et une diminution des cumuls de précipitations. La poursuite de ces travaux pourrait permettre de déterminer si ce processus de formation secondaire peut améliorer la modélisation de la couverture cirriforme des cyclones tropicaux. / Intensity forecast of tropical cyclones is a major scientific issue. Among many factors, the impact of cloud microphysics and aerosols on intensity variations has been recently underlined. This issue motivated the evaluation of the 2-moment microphysical scheme LIMA in a tropical context and the development of a coupling with the aerosol scheme ORILAM into the atmospheric model Meso-NH. The interest of this numerical development is to represent the emission of sea salt aerosols depending on cyclonic winds and oceanic parameters. The application of this aerosols-microphysics coupling to the simulation of tropical cyclone Dumile (2013) shows that the coupled model tends to improve the representation of the intensity, the track, the microphysical structure of the tropical cyclone and the associated precipitation, when comparing with observations. The secondary production of ice crystals is also an active research topic in cloud microphysics. A parameterization of the collisional ice break-up process is thus implemented into the microphysical scheme LIMA. The impact of this process has been analyzed on a mid-latitude storm and on tropical cyclone Dumile. Both case studies display similar results regarding this process: an increase of ice crystals concentration and mass, and a decrease of precipitation. The continuation of this work could allow to determine if this process of secondary formation could improve the cirrus modelling in tropical cyclones.

La formation des systèmes convectifs est un processus complexe qui s'étend de l'échelle synoptique, avec la mise en place de circulations favorisant la convection, à la micro-échelle, avec les processus de formation et de croissance des hydrométéores. C'est aux échelles les plus fines que se concentre cette thèse dont l'objectif est d'étudier l'apport d'une microphysique complexe sur l'occurrence et la morphologie d'évènements fortement précipitants. La microphysique évaluée est celle du schéma LIMA, de type bulk à deux moments, capable de prendre en compte l'évolution d'une population d'aérosols multimodale et le traitement pronostique de son interaction avec les nuages et les précipitations. Dans un premier temps, l'apport de la microphysique de LIMA est évalué en comparaison à la microphysique bulk à un moment du schéma ICE3, moins sophistiqué et actuellement opérationnel à Météo-France dans le modèle AROME. Afin de mesurer l'apport de ce nouveau schéma sur la simulation de cas fortement précipitants tels que ceux qui touchent régulièrement le sud-est de la France à l'automne, deux cas d'étude de la campagne HyMeX ont été simulés avec Meso-NH et comparés aux nombreuses observations disponibles. Si l'évaluation des cumuls de précipitations montre un impact modéré de l'un ou l'autre des schémas microphysiques, l'écart est plus marqué en terme de composition et de structure des systèmes convectifs : la microphysique à 2 moments développe une structure verticale plus réaliste et introduit plus de variabilité sur les champs microphysiques. L'évaluation a aussi identifié des biais dans le schéma, notamment une surestimation des diamètres de gouttes de pluie. Des pistes d'amélioration de la microphysique de LIMA ont alors été proposées et évaluées sur les mêmes cas. Des tests de sensibilité à l'initialisation de la population d'aérosols ont ensuite été menés. Il s'avère que les aérosols n'affectent pas uniquement les hydrométéores primaires (gouttelettes d'eau nuageuse et cristaux de glace) mais aussi les autres hydrométéores, engendrant des impacts sur le développement des systèmes convectifs simulés, en termes de composition nuageuse et de précipitations. Les simulations avec une population d'aérosols réaliste initialisée à partir des analyses CAMS ont montré un impact modéré sur les cumuls de précipitations mais une amélioration plus significative de l'évolution temporelle du système (intensification, dissipation) et de la composition nuageuse, réduisant le diamètre des gouttes de pluie sur les cas d'étude. / The triggering and growth of Convective systems is a complex process that extends from the synoptic scale, with the establishment of atmospheric circulations promoting convection, to the microscale, with the formation and growth processes of hydrometeors. This PhD focuses on these finest scales and investigates the contribution of complex cloud-microphysics to the occurrence and morphology of heavy precipitation events. The two-moment microphysical scheme LIMA evaluated in this study takes into account the evolution of a multimodal aerosol population and the prognostic treatment of its interaction with liquid and ice clouds and precipitation. First, the contribution of LIMA is evaluated in comparison to the ICE3 one-moment bulk microphysical scheme, which is less sophisticated and currently operational in the AROME model at Météo-France. In order to measure the performance of this new scheme, two case studies of the HyMeX campaign were simulated with the Meso-NH model and compared to a wide variety of available measurements. The assessment of cumulative precipitation shows a moderate impact of each of these microphysical schemes, but the difference is more pronounced in terms of convective systems composition and structure: the two moment microphysics develops a more realistic vertical structure and introduces more microphysical variability. The evaluation also identified biases in the scheme (such as an overestimation of rain drop diameters). Some improvements to the implementation of LIMA were proposed and evaluated on the same cases. Then, the scheme is used to perform a sensitivity test to the aerosol population on the same case studies. Tests on the concentration of idealized populations have shown that aerosols do not only affect primary production of cloud droplets and ice crystals but also precipitating hydrometeors, causing impacts on the development of simulated convective systems in terms of cloud composition and generated precipitation. Simulations based on a realistic aerosol population initialized from CAMS analyses also showed a moderate impact on cumulative precipitation, but a more significant improvement on the temporal evolution of the system (intensification, dissipation) and cloud composition, leading to a reduction of rain drop diameters in the studied cases.